中国空军涡喷7发动机国产涡喷-7发动机与当时世界航空发动机的发展相比还是落后很多
该型发动机的仿制原型是前苏联的P—11F一300。P一11是前苏联图曼斯基设计局50年代前期研制的双转子加力涡喷发动机,也是前苏联第一种采用双转子结构的发动机。该型发动机从1953年开始研制,1956年投入生产,压气机平均级压比达1.438,是当时世界上最高的,也是目前同类发动机最高的。为满足前线超音速歼击机要求发动机推重比高的特点,设计时采用了中等流量、低总压比、高涡轮进口温
度和加力温度。为减轻重量,所有机匣均为钢制薄壁构件,并大量采用了焊接工艺。 P一11主要型别有P一11-300、P一11F、P一11s。上世纪50年代末60年代初,中国开始引进米格一21,为其配套的P一11F一300发动机也一并引进,国内编号涡喷7。但由于材料原因,中国仿制的涡喷7一直无法达到前苏联原装P—11F一300的性能水平。60年代中后期,歼8计划已经启动,提高P一11F一300的推力以作为新机动力成为横亘在中国航空动力人面前的一道难关。当时北京航空材料研究院专家容科提出了一个大胆的想法:要增大发动机推力必须提高涡轮前温度,而提高涡轮前温度的关键在解决涡轮叶片的耐高温问题,其最佳途径就是将当时的涡轮实心叶片改为空心叶片,用强制冷却提高叶片耐高温性能。随后,容科会同沈阳发动机厂总工程华明、中国科学院沈阳金属所所长李熏和设计室
主任师昌绪一起制定了设计方案,并在一年内研制成功9孔成型精确的高温铸造合金空心叶片。 当时能够研制空心铸造叶片的只有美国,中国是世界上第二个掌握这一技术的国家,后来英国用了8年的时间才研制成功。就当时中国的科研能力而言,这的确是了不起的壮举,以至若干年后英国罗·罗公司的总师胡克看到我国自行研制的空心叶片时,不无感慨地说:“单凭看到这一成就,我就没白来中国一趟。”1966年9月,第一台份铸造空心叶片研制成功,随后用此叶片装配出第一台涡喷7甲发动机并试车成功。该发动机加力推力相比原有型号提高11%,耗油率降低14%。1968年6月,涡喷7甲通过50d,时长期试车,获准飞行。1969年7月,涡喷7甲配装歼8通过首飞考核。1970年,涡喷7甲转至黎明发动机制造公司继续研制。从1969年至1979年,总计完成零部件试验12000小时,地面和高空占整机试验2500d~时,飞行试验1000多架次,发动机累计运转2200小时。涡喷7甲的01批由沈阳航空发动机研究所于1979年设计定型后投入小批生产,首翻期为50d,时;03批由黎明发动机制造公司于1981年12月设计定型,首翻期100小时;05批在03批基础上继续延寿改进,1989年设计定型,首翻期200小时。 为满足歼7改型的需要,1965年沈阳航空发动机研究所和黎明机械公司联合在涡喷7甲的基础上改型发展涡喷7乙,该型号01批的性能与涡喷7甲相同。1969年,涡喷7乙转至黎阳公司和贵州航空工业集团第二设计所继续研制,并加以改进。涡喷7乙于1979年8月正式定型,首翻期100小时,总寿命300小时。此后,又陆续研制出延寿改型涡喷7乙B和涡喷7乙Ⅲ,分别于1981年和1992年通过技
术鉴定,首翻期为200小时和300小时,总寿命为600小时和900小时。
与仿制原型相比,涡喷7系列发动机的不加力推力增加十分明显,这对提高巡航速度起到了显著效果,推比也有一定增加,涡前温度大幅提高,重量则并没有发生明显变化,但就增压比而言还是过低。这也和涡喷7系列发动机的压气机级数少有关,其压气机总级数为6级:3级低压、3级高压。涡喷7系
列虽然取得了巨大的进步,但与世界航空发动机的发展相比还是落后很多。
涡喷-7系列主要有以下改型: 涡喷-7 原型,已停产。
涡喷-7甲 用于歼-8飞机的改型,采用气冷涡轮,使涡轮进口温度提高100℃。此外,还采用分
区分压供油和直流式喷油杆的加力燃烧室设计技术。
涡喷-7乙 在涡喷7甲基础上的改进型,用于歼-7飞机。在研制中,排除了原压气机的薄弱环节,改进了主燃烧室安装边的材料,解决了主燃烧室寿命短和加力燃烧室壁温高等问题。现已停产。
涡喷-7乙B 在涡喷7乙基础上的延寿改型。 涡喷-7乙Ⅲ 在涡喷7乙B基础上的进一步延寿改型。
空军涡喷13发动机
上世纪70年代末80年代初,我国从埃及获得了米格一21MF和配套发动机P-13,并打算加以仿制。但由于材料与工艺上的原因,最后结合涡喷7系列的特点参照研制成功了涡喷13系列发动机。当时涡喷13主要是为了配装参照米格一21MF仿制的歼7Ⅲ战机,其次才考虑到歼8的大改需要,作为其后续改进型号的动力装置。涡喷13的设计研制工作1978年开始,1987年结束,历经10年。研制过程中共制造19台发动机,总运转2500小时以上。1984年12月至1985年1月通过了150小时设计定型国家鉴定试车,1987年8月在跨国飞行试验研究院完成了设计定型试飞,1988年2月国家批准设计定型。首翻期150小时。
涡喷13主要在涡喷7的基础上改进设计了压气机,增大了空气流量、扩大了发动机的稳定工作裕度。而且在压气机部件上应用了钛合金,减轻发动机重量;各部件、系统的结构也有所改进,使发动机的使用可靠性、耐久性和操纵灵活性大为改善。
从结构上看,相比涡喷7系列,涡喷13的高压压气机增加2级,压比也增加到9;依然采用环管形燃烧室,相比当时流行的环形燃烧室落后不少;在涡轮叶片上采用比较先进的无余量精铸工艺,材料为定向凝固合金;加力燃烧室的火焰稳定器采用高歌教授提出的沙丘驻涡技术。可以说涡喷13代表了当时中国航空发动机制造的最高技术,但相比美俄采用的单晶涡轮叶片、粉末冶金涡轮盘等技术而言还是落后不少。
之后,黎阳公司又在涡喷13的基础上改进研制了涡喷13B系列发动机。该发动机的研制始于1991年,2024年进行性能摸底试车,当时达到的加力推力为68.65千牛(7吨),不加力推力达到47.56千牛(4.859吨),整机重量为1.28吨。2024年春节过后,涡喷13B发动机在高空台用了2个月的时间进行10次高空模拟试验,4月12日返回黎阳进行150小时长期试车的考验,2024年被军方列为重点型号,2002年6月16日进行全寿命考核长期试车,2024年定型 涡喷13B已经发展出数个改进型号:涡喷13BⅡ属于增推型号,推力约为7300公斤.涡喷13FⅡ为适应性单发改型,2024年8月顺利通过地面试车,1998年6月8日配装歼7FS首飞。从性能来看,该型发动机最大状态推力提高了14.3%,加力推力提高了8_3%,推重比提高了8.3%,发动机最大耗油率保持或低于原型发动机,加力l状态耗油率与原型发动机相比降低4.5%。 应该说涡喷13B的推力指标还是不错的,但问题在于推比还是过低,实际推比也就在6左右,油耗也难以满足超7对大航程的需求。
空军涡扇9发动机
经过3年多的努力,1979年7月25日第一台使用英国毛料制造的零组件,罗尔斯一罗伊斯购件和附件的涡扇9完成装配。1979年下半年,分两批装出了4台发动机。同年11月1 3日,由中英双方共同在中国完成了150小时持久试车考核。1980年2月至5月,中国制造的两台涡扇9发动机和两套部件