抢救兔吧精品 细侃航空发动机

与传统的船用动力的推进设备——蒸汽轮机和柴油机相比,燃气轮机主要具有以下三大优势,首先是功率密度极大。一般情况下,同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一,是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气轮机本身由精巧的连续转动热力学循环结构造成的,体积小、功率大,非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。当然在这里楼主特地强调一下,我们并不能就此认为船用燃气轮机在船上所占的空间就一定是柴油机和蒸汽轮机的五到十分之一,因为毕竟要考虑燃气轮机一些其他的附属设备,经过综合考量进行对比,一个最简单的例子,美国的M1主战坦克使用的就是燃气轮机作为主动力,但是由于要配套安装空气过滤器等附属设备,M1坦克的动力舱相较于其他国家的主战坦克没有表现出体积的优势来。


其次,燃气轮机的启动速度很快,对于军舰的战时出动和反潜作战时加减速性提高大有裨益,燃气轮机可以在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复,加速较慢,蒸汽轮机就更不用说了,由于蒸汽锅炉启动前需要进行预热,整个启动过程更是“反应迟钝”,整个系统达到最高功率输出可能需要长达一小时甚至数小时的时间。
最后,燃气轮机的噪声低频分量很低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中,产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声,恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点,导致军舰容易被敌方声纳探测,所以柴油机动力尤为不适合给反潜军舰作动力系统。所以从这个角度上说,很多人认为我国的054护卫舰可以充当未来海军航母战斗群的反潜主力的观点非常值得商榷,因为054护卫舰采用的主动力正是柴油机,不光有着上面所说的噪声问题,就连最大航速也只有28节,这对于反潜作战无疑会有着一定的负面影响。


楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:33:00 +0800 CST  
所以综合以上三大优点,燃气轮机无疑成为了各国军舰动力系统发展的最优选择。现如今世界上有很多国家已经实现了主力水面作战舰艇的燃气轮化,如美国海军、英国皇家海军以及日本海上自卫队等。
在国外众多船用燃气轮机中,我们在此主要介绍几个著名的型号,首先登场的是一位号称“驱动了半个地球海军”的大腕儿——LM2500燃气轮机,它不仅几乎一统了美国海军大中型作战舰艇的动力系统,还装备了24个国家海军、350艘军舰,“驱动了半个地球海军”的称号绝非浪得虚名。这样巨大的成功虽部分得益于美国强大的全球政治影响力,更主要的还是其优异的表现。LM2500燃气轮机是美国通用电气公司(在此一题无奖竞猜:美国通用电气公司的缩写是GE还是GD还是GM?)于20世纪60年代末研制的高效大功率船用燃气轮机,由TF39航空涡轮风扇发动机(民用型为CF6)改装而成,该机型采用了双转子结构,由单转子燃气发生器和自由动力涡轮转子组成。燃气发生器由压气机、燃烧室和压气机涡轮组成;压气机共16级,进口导叶和1-6级静叶可调,压气机转子为鼓形结构;燃烧室为单环燃烧室,装有30个燃油喷嘴和2个点火器,内、外壁采用气膜冷却;压气机涡轮为二级轴流式,两级动叶和静叶均采用空气冷却,第一级和第二级静叶为冲击和气膜冷却,第二级动叶为冲击和对流冷却,由于采用了先进冷却技术,虽然燃烧室出口温度为1170℃,但涡轮叶片金属表面的温度仍不超过846℃;动力涡轮原为TF39中驱动风扇的涡轮,采用了低负荷设计,级数多达6级。


问世几十年来,LM2500在不断发展改进,实现了功率级别的跨越式发展。最初的 LM2500燃气轮机的输出动力为25500马力,后续LM2500+是零级压气机功率加大的改进型机组,燃烧室出口温度从1170℃增加到1205℃,压比从18.8增加到23.3,空气流量从70.3 kg/s增加到85.7 kg/s;额定连续功率已经达到了29788kW,增幅达16.8%美国海军的LHD1“黄蜂”级大型两栖攻击舰的动力装置本来采用的是两台共7万马力的蒸汽轮机,但从第8艘“马金岛”号起,已经改为使用两台LM2500+燃气轮机推进,要知道燃气轮机虽然比蒸汽轮机有着很多的优势,但是在两栖攻击舰、航母、大吨位军辅船这些“大家伙”上,燃气轮机还是暂时无法全面撼动蒸汽轮机的统治地位,能在同级的舰艇上实现由蒸汽轮机换装燃气轮机,可见美国海军对LM2500+的自信。


LM2500系列目前最新一代的产品是在LM2500+的基础上再进行改进的LM2500+G4燃气轮机,LM2500+G4通过在是LM2500+基础上优化了压气机、压气机涡轮和动力涡轮流动能力,升级改进基于适度的增加燃气初温和压比,空气质量流量增加5%,使其最大功率达到了47370马力,效率进一步提高到39.3%。从最初的25500马力47370马力,LM2500连续跨越了两个功率等级的台阶,充分显示美国在复杂工业产品研制上强大的预研和工程能力。
当然一个大家众所周知的事情是,LM2500也曾在中美蜜月期的军事交流合作中来到了我国,成为了052驱逐舰首舰“哈尔滨”号和2号舰“青岛”号的动力来源,但这个事情的前前后后真是一个复杂而又令人感慨的故事,楼主随后会花点篇幅好好介绍。

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:34:00 +0800 CST  
而另外一个具备制造大型船用燃气轮机的老牌工业强国(嗯,前面必须加上“老牌”二字,原因大家懂的)——英国自然不甘示弱,凭借着发动机产业的标杆性企业——罗尔斯罗伊斯公司,英国是世界上第一个将燃气轮机作为舰艇动力的国家,同时也是第一个将航空喷气发动机改为舰艇燃气轮机的国家。1947年,英国将由航空喷气发动机改型而来的G1型燃气轮机装到了100吨级的摩托炮艇MGB-2009上进行试验,该机功率为1839千瓦,发动机重1830公斤,耗油率较高,达到了639克/千瓦时。随后出现的同为航空改型的“海神”舰艇燃气轮机已经有了极大的改善,功率3310千瓦,发动机重1400公斤,耗油率大幅度下降到了347克/千瓦时,已经达到了与蒸汽轮机相当的水平。
在初尝燃气轮机甜头后,罗尔斯罗伊斯再接再厉,不久后就拿出了他们的一款标志性产品,就是著名的“奥林普斯”,它也是最早将航空用燃气轮机改为船用动力的成功常识。早在1947年,罗尔斯罗伊斯公司首先启动了“奥林普斯”型涡轮喷气发动机的研制计划。到1950年5月,“奥林普斯”涡轮喷气发动机的第一台原型机开始进行台架试验。按照研制计划,该型发动机将作为新型高速、远程轰炸机的动力装置,要求发动机推力大、工作稳定、耗油率低。因为研制中遇到的技术困难比较多,该型发动机直到1956年7月才正式定型交付使用,经过一段时间的实际应用之后,在基本型“奥林普斯”100系列的基础上发展出了新的200系列和300系列,成为了当时英国“3V”轰炸机计划中“火神”战略轰炸机的动力。值得注意的是,1973年定型为“奥林普斯”593型涡轮喷气发动机1976年1月推动白天鹅般优雅的“协和”式客机进行了人类历史上第一次超音速民航飞行,这一份荣誉无疑非常值得英国人骄傲和自豪。



而“奥林普斯”型舰船燃气轮机的研制工作始于1962年,试验机首先装备在皇家海军的一艘炮艇上进行测试。与航空发动机原型相比,“奥林普斯”型舰船燃气轮机主要由燃气发生器和动力涡轮两大部分组成。燃气发生器在总体结构方案上的改动不大,主要是选用了更好的耐热合金和抗腐蚀材料,以适应舰船动力装置长时间大负荷运行、以及抵抗海上盐雾侵蚀的要求。同时,在涡轮叶片等关键部件上采用了当时先进的气冷技术,不但提高了性能,而且延长了部件的使用寿命。动力涡轮为新设计的长寿命结构,可以承受较大的冲击负荷。主轴承设计为无需拆卸整个组件即可检修,大大提高了舰上的维护效率。1966年,罗尔斯罗伊斯公司推出了“奥林普斯”TM1A型舰船燃气轮机,但该机型没有大量生产。1967年,“奥林普斯”TM3B型舰船燃气轮机开始研制,由“奥林普斯”B型燃气轮机和寿命达10000小时的TM3型动力涡轮组合而成,于1969年投入试运行。1973年,装备“奥林普斯”TM3B型舰船燃气轮机的21型护卫舰投入使用,开始了“奥林普斯”型舰船燃气轮机三分天下的辉煌历程。


该型发动机最早的使用者是英国皇家海军14型“布莱克伍德”级护卫舰F84“埃克斯茅斯(HMS Exmouth)”号上,型号为“奥林普斯”TM1,单台功率24000轴马力,使其成为西方海军第一艘燃气轮机动力的主力战舰。之后的英国皇家海军82型驱逐舰“布里斯托尔”号采用“奥林普斯”TM1A燃气轮机,单台功率30000马力。接下来英国皇家海军主要装备“奥林普斯”TM3B燃气轮机,包括21型“女将”级护卫舰单台功率25000马力;42型“谢菲尔德”级驱逐舰,单台功率25000马力;22型“大刀”级护卫舰,单台功率27000马力;“无敌”级航空母舰,单台功率24250马力。除此之外,法国“乔治·莱格”级驱逐舰(单台功率26000马力)、比利时“维林根”级护卫舰(单台功率27575马力)、日本“石狩”级护航驱逐舰(单台功率24700马力)等国外舰艇也采用了“奥林普斯”TM3B燃气轮机。可以说,“奥林普斯”也是一款非常成功的船用燃气轮机,即便是在后来被美国通用的LM2500超过,它也有足够的资本在这个后学小辈面前骄傲。
而现如今,罗尔斯罗伊斯公司在“奥林普斯”的巨大成功后继续延续着自己在船用燃气轮机建造领域的辉煌,MT-30燃气轮机,由航空发动机“特伦特”(Trent)800派生,称为MT30舰船用燃气轮机。于2000年开始研制,其输出功率超过40兆瓦,大修寿命可达12500小时,目前已经用于英国“伊丽莎白女王”号航空母舰、美国DDG-1000驱逐舰、LCS濒海战斗舰及韩国海军的FFX护卫舰计划。还有可能被选作法、意的新型多用途护卫舰的主燃气轮机。而这其中令人颇感注目的是MT-30不仅令罗尔斯罗伊斯成功打入了美国海军市场(前面我们讲到罗尔斯罗伊斯两次试图进入美国空军发动机市场均遭失败),而且还首次实现了在5万吨级的大中型航空母舰上使用燃气轮机的壮举。而至于韩国海军,他们向来好高骛远般只选贵的(韩国海军在新潜艇的换代计划中选购了采用氢燃料电池AIP的德国214级潜艇,且不说这项技术目前成熟度如何,光就充氢燃料一项作业必须令潜艇返回原厂的后果就让楼主对棒子海军颇感敬畏,相比之下比较务实的中国海军和日本海上自卫队都选择了技术相当成熟的斯特林发动机)。




当然,MT-30如此受追捧当然得益于其强悍的性能,MT30燃气轮机在环境温度为26℃时的最大持续功率为36兆瓦,在32℃时的最大持续功率为30兆瓦。比现在决定用于英海军45型驱逐舰和以前美海军决定用于32艘DD-21级驱逐舰的、额定功率达到25兆瓦的WR21中间冷却回热燃气轮机,以及2001年已开始在“黄蜂”级两栖攻击舰上使用的功率为29兆瓦的LM 2500+燃气轮机大得多。特别是美海军计划在DDG-1000多用途驱逐舰和濒海战斗舰等未来水面舰上安装电磁炮、电化学炮、激光武器等大用电武器系统,MT30燃气轮机发电机组有较大的功率正好迎合了这一点。


MT30燃气轮机与“特伦特”800航空发动机有80%的通用件。“特伦特”800航空发动机用于波音757飞机和波音777飞机,装机总台数为250台,从1996年使用以来已累计飞行500多万小时,使用可靠性99.9%。而且与其他派生的舰船用燃气轮机相比,MT30的零部件少50%~60%。可以使MT30舰船燃气轮机预计热部件的大修时间达到12500小时,整机大修时间24000小时。在舰上可修理的平均无故障时间2000小时,平均修理时间除冷机时间外为4小时。而在可维修性能上,MT30燃气轮机采用模块结构,因此维修容易。模块能经常拆卸和取换,不必对整机进行大修。还有一个特殊之处,就是各个模块已预作平衡,燃气轮机更换模块后,可以不对燃气轮机整机作现场就地平衡。这就极大地减少了维修量。MT30燃气轮机还装有内部状态传感器,能视情维修。平时工作仅限于检查液位和作一些目视检查。这一系列的后勤进步对于日益紧缩银根的美英两国来说无疑是一个福音。

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:35:00 +0800 CST  
说完了美英两个西方国家,我们再来看看另一个有能力制造大型船用燃气轮机的国家——曾经的红色帝国苏联。早在1953年,苏联将由航空发动机诞生的第一台燃气轮机M1安装在鱼雷快艇上,由于其翻修寿命短及其对海洋工作环境的适应性差,苏联走上了一条与罗尔斯罗伊斯不同的道路,就是走专业设计的路线而不是从航空发动机改进设计船用燃气轮机。第一代以1954年开发的M3为代表,装机对象是大型猎潜艇。1964年苏联首先在舰船上采用全燃联合动力装置(COGAG),装备全工况主燃气轮机机组M3,并采用倒车齿轮箱来解决燃气轮机不能倒车的问题。随后为解决舰艇低速巡航时由燃气轮机效率低下而导致的油耗过高的问题,苏联开发出了其独特的燃-燃联合动力系统,其中就包括大名鼎鼎的M8E和M8K。这一系列的燃气轮机被视为第二代产品,为卡辛级驱逐舰、卡拉级巡洋舰、无畏级驱逐舰、光荣级巡洋舰等等前苏联海军大型舰艇提供动力。这个时期,前苏联的燃气轮机技术已经相当成熟,各型号的使用寿命全部达到10000小时以上。1971至1985年间,出现了第三代燃气轮机,如M70、M75、M90等等,但它们并没大规模应用在前苏联海军大型舰艇上,反而是被高速集装箱船等等船只略有采纳。在鼎盛时期,苏联生产的舰船燃气轮机的总功率约占全世界总产量的三分之一。


但是在苏联解体后,燃气轮机生产一落千丈。现如今只有乌克兰“曙光”机械设计科研生产联合体具备生产燃气轮机的能力,早在苏联时期,“曙光”联合体就为半数以上的苏联主力舰艇提供了UGT-15000燃气轮机。乌克兰独立后又研制出达到世界先进水平的UGT-25000大功率燃气轮机,该机重16吨,额定功率2.9万千瓦,是6000吨以上大型舰艇的理想动力源。但是大家现在已经能看到,乌克兰这个国家现在已经陷入到了事实上的内乱,而且在这其中不论是美国欧洲还是俄罗斯都已经或明或暗的扮演了幕后操纵者的角色,未来“曙光”机械设计科研联合体的明天究竟如何我们不得而知,悲观估计的话,“我需要苏共党*中*央、国家计划委员会、军事工业委员会、九个国防工业部、600个相关专业、8000家配套厂家”这个令人感到无限神伤的桥段就会再次发生在同一片土地上(稳定压倒一切,这句真理谁要是敢质疑,谁就是中华民族的败类!!!)。


而说到UGT25000,我们自然熟知它是我国052B/C/D系列驱逐舰的主动力来源,它在当年是实实在在的“军转民”产品。代号M80,乌克兰独立后改称UGT25000,而UGT25000其实是一个系列产品的代号,其中共包含4个型号,DG80、DN80、DU80、DA80。其中,除DA80外,其它三者确实是民用燃气轮机。DG80的主要客户是发电厂,用以带动发电机,而DN80和DU80则是“燃气轮机鼓风器”的一部分,可能很少有人听过这个词,因为很少会有人关注炼钢厂,炼钢厂的高炉需要大型空气压缩泵,它往往由燃气轮机带动。仅从上述内容看,一些国外媒体声称UGT25000是商用燃气轮机本身并无错误。用于船用动力的DA80热效率在36%左右,已与同时期美国通用电气公司的LM2500燃气轮机持平,相比之下,其28000千瓦的动力输出甚至要比LM2500的19800千瓦高出44.9%。虽然UGT25000的重量倍数于LM2500,但相信对于燃气轮机这种本身就已经很轻的动力机械来说,在能保证热效率的情况下,几吨增重并无大碍。在UGT25000刚刚问世的年代,它完美诠释了前苏联的工程技术水平,至少它并不落后于同时期的美国、英国产品。但是问题在于,自1991年苏联解体后至今已有23个年头,一成不变的乌克兰人,已经很难说自己的产品先进。前面我们提到的美国通用最新的LM2500+G4已经横空出世将UGT25000拉开了差距,见下表:


可见UGT25000已经略显落后。若以师出同门的UGT15000、UTG60000燃气轮机时常出现主轴温度高、主轴振幅大、压气机出口压力异常、压气机出口温度异常、火焰筒温度异常、局部机油压力缺失而导致发电机组止推的现实情况来看,UGT25000可能也不会达到通用电气产品的可靠性,这或许也是国内大多发电、送风用燃气轮机来自美国、德国的原因。要知道,重启燃气轮机的耗费不小于买一辆豪华轿车,另外,燃气轮机都是买过故障保险的,故障率高的产品,相应地,保险价格也高。
但是对于一直苦于没有合适船用燃气轮机的中国海军来说,UGT25000已经是最佳的选择了,它不先进,但至少堪用,至少推得动万吨舰艇,能为多年来一直拖累着舰艇吨位和长宽比的动力不足问题提供最佳解决方案。于是我们看到,这台代表了苏联红色帝国最高设计水平的燃气轮机来到了中国,像她的同胞“瓦良格”一样被中国人重新注入了红色的血液,让她有机会能够推动着一艘艘承载着中华民族伟大复兴梦想的艨艟巨舰行驶在大洋之上。

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:35:00 +0800 CST  
其实说到这里我们已经切入到了大家最关注的重心,就是我们中国的船用燃气轮机状况,其实我国在船用燃气轮机领域的起步并不算晚,我国其实早在五十年代的中苏友好时期就在引进苏联M-1燃气轮机,将其安装到一艘高速炮艇上进行了大量的试验,这是我国在水面舰艇上正式采用燃气轮机的第一次尝试,经过试制、陆试、科研性试验、小批生产、装舰设计、海上实艇试验诸阶段,积累了宝贵的第一手实践经验,对培养舰船燃气轮机设计、制造、运行技术队伍起了入门作用。1983年,由涡桨6航空发动机改型而来的409型燃气轮机研制成功,以轻柴油为燃料,满足了实用要求。随后,708研究所在722气垫登陆艇的基础上,采用409型燃气轮机作为动力装置,设计了722Ⅱ型沿海中型全垫升式气垫登陆艇。722Ⅱ型气垫登陆艇以两台 409型燃气轮机作为主机,每台主机通过变速齿轮箱同时驱动同舷的垫升风扇和导管式空气螺旋桨。鉴于这是我国第一次将燃气轮机动力装置应用于气垫艇,例如机、桨联合控制、进气净化、排气引射和低工况航行等一些关键技术需要攻克。为此,在制造厂试车台进行单机空负荷试验成功后,又进行了模拟气垫船具体条件的各种陆上联调联控试验,以及变工况与机、桨联合控制等性能测定。1986年,动力装置陆上各项模拟试验获得成功,1987年,成功安装到了建造中的船体中。1988年,第一艘722Ⅱ型气垫登陆艇在大沽船厂建成,并开始进行试航。1989年,722Ⅱ型气垫登陆艇进行了海上航行及两栖登陆试验,均获得成功,随后交付海军使用。这是中国气垫船技术跨入实用化阶段的一项重要标志。


可是虽然国内舰用燃气轮机的应用看似开局良好,但在大型主力舰上的推广与运用却是步履艰难。在051型导弹驱逐舰还在批量建造之际,国务院、中央军委以国发〔1976〕19号文件向国防工办、第六机械工业部等有关部门正式下达了055级大型导弹驱逐舰的研制任务。两年后701所向有关方面上报技战术任务书建议草案,确定055型采用CODOG动力装置,拟采用两台23530千瓦的燃气轮机和两台8820千瓦的18VE390ZC型柴油机。当时我国其实已经从苏联引进了图-16中程轰炸机的成套技术,国产化机型命名为轰-6,其涡轮喷气发动机的国产化型号为涡喷-8(WP-8)型发动机。其空气流量、最大推力都与英国罗尔斯罗伊斯“奥林普斯”舰船燃气轮机的原型——装在“火神”战略轰炸机上的“奥林普斯”涡喷发动机相当,但是推重比明显不如后者,耗油率也相对较高。“WP-8改”型舰船燃气轮机的设计者们根据舰用要求,对其燃气发生器进行了80多项修改设计,以适应舰船在海上运行的恶劣环境。同时,新设计了用于输出功率的动力涡轮,附件及各系统也按照舰上使用环境重新进行了设计。1974年,“WP-8改”型舰船燃气轮机完成耐久试验,已经准备转入装备生产阶段。但就在此时,在中国和西方世界关系缓和的大背景下,我国有关方面开始就引进“奥林普斯”舰船用燃气轮机及其推进轴系事宜,与罗•罗公司和瑞典的卡米瓦公司展开了的谈判,本来这已经对国产的船用燃气轮机设计与生产造成了极大的冲击,但是变故仍旧在继续,1989年经过谈判,美方同意向中国出口了一批持续功率为20220千瓦的LM2500-30燃气轮机。作为构成CODOG动力之一的柴油机则是两台德国MTU公司的 12V 1163 TB83柴油机,持续功率6500千瓦。在动力装置落实之后,中央军委于1983年下达了研制052型导弹驱逐舰的批示。首舰112“哈尔滨”号于1991年8月28日下水。由于该舰以其优良的动力装置、作战系统和建造水准而在当时被称为“中华第一舰”。


楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:35:00 +0800 CST  
以当时的情形来考虑来看,我国做出的选择不可谓不对。因为从技术指标上来看,WP8改无论是输出功率还是寿命都无法满足新舰的需要,而LM2500也自然比奥林普斯技高一筹,如果可能的话最终实现国产化,对我国的船用动力科研和制造水平是一个极大的提升。但是现在看来,随后发生的一系列事情正应了那句话“梦想很丰满,现实很骨感,计划中就赶不上变化”。1989年夏开始,以美国为首的西方国家又重新开始对我实行武器禁运政策,LM2500燃气轮机也自然包含在禁令中所规定的武器、装备之中。虽然LM2500型燃气轮机的技术远比“奥林普斯”TM3B型燃气轮机先进,却是建立在美国先进、坚实的科研和工业基础上的。且不说在当时,即便是今天新世纪到来之前,中国的燃气轮机工业发展仍然不能完美解决仿制LM2500型燃气轮机的问题,而作为时刻受到美国提防、纯粹因为暂时利益进行相互合作的大国,我国在这样重要的主战装备上没有做到立足于国内、反而寄希望于潜在的对抗者,这无疑是非常有欠考量的。而假设当年中国海军引进的是英国“奥林普斯”TM3B型燃气轮机,虽然该型机的确要比LM2500型燃气轮机落后,但仍然是一种功率等级较为适宜的大功率舰船燃气轮机,仿制难度远低于LM2500,假如如同当年“斯贝”东行一样“奥林普斯”真的来到了中国,它是不是也能够像自己的表亲一样对我国的船用燃气轮机行业有一个醍醐灌顶似的提升呢?

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:36:00 +0800 CST  
历史不容假设,无论如何从西方获取帮助的机会已经不存在了,052型驱逐舰仅建造了两艘便不得不停止,我国新一代驱逐舰的建造工作难以为继。有关方面不得不拐回到蒸汽动力的老路上,建造了仅有1艘的051B型“深圳”号导弹驱逐舰。于是我们便不得不把目光投向了原来的老大哥,在1997年4月与乌克兰“曙光”机械设计联合体签订了购买4台UGT-25000燃气轮机的合同,2000年又进一步取得生产许可证。在之后的几年,中国再次引进了多台UGT-25000并在乌克兰方面的帮助下逐渐尝试实现UGT-25000的国产化。而引进的UGT-25000则作为052B、052C首批四艘驱逐舰的建造及备份。
但是国产化UGT-25000的工作就如同当年我们国产化“斯贝”一样坎坷,当时我国船用燃气轮机的底子并不比当年的航空发动机行业厚实多少,所以我们看到在168、169、170、171四艘驱逐舰下水后,海军多年没有建造大型驱逐舰,而是采购了大量的054护卫舰满足需要。终于在2010年前后,UGT-25000的国产化版本QC-280在历经多年的坎坷后安装在了169号驱逐舰上装舰试用,经历了亚丁湾护航的磨砺,QC-280终于获得了海军的认可,所以在2011年前后,我国重启了驱逐舰的建造计划,并且还利用这段空档期研制成功了052C的深度改进型052D驱逐舰。从目前052C/D两个级别舰只的建造计划来看,海军对QC-280还算满意,将其视为055大驱问世之前国产驱逐舰的首选动力来源。
话不多说,上图(图引自崇军尚武吧吧主共和国开路先锋的部分作品,在此表示感谢):




楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:37:00 +0800 CST  
燃气轮机包括燃气发生器与动力涡轮两个组成部分,其中燃气发生器结构、制造技术与航空发动机类似,本公司依托本身具有的先进航空发动机制造技术,已经顺利完成了30 兆瓦级燃气轮机燃气发生器国产化研制工作,基本具备了 30兆瓦级燃气轮机的生产能力建设条件。QC280/QD280 燃气轮机是 30 兆瓦级的燃气轮机,QC280燃气轮机为舰船用燃气轮机、QD280 燃气轮机为 QC280 燃气轮机的工业改型燃气轮机,同属国际先进的第三代燃气轮机。根据市场需求,结合本公司发展总体规划,本项目建设目标为形成 QC280/QD280 燃气轮机达到 20 台份/年的生产能力,并形成较为通畅的生产线,并承担燃气轮机整机试车任务。
以上一段话引自西安航空动力股份有限公司2009年第二次临时股东大会的会议材料,具体大家可自行百度“QC280/QD280 燃气轮机生产能力建设项目”。

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:37:00 +0800 CST  
当然这样情况并不能代表我们真的可以高枕无忧了,毕竟QC-280只是UTG-25000的仿制版本,引用一个超大上自称在通用公司实习了12周的工程人员原话:“如果把它看得太好,而忽略了对燃气轮机及其产品下游众多分支的研制,我们必将在下一个二十年继续落后于人。如果只把UGT-25000当做小解当务之急的救火队员,同时继续走预研、论证、研发、制造、反馈的五步工程技术开发路线,相信早晚有一天,通用电气将不再是一个需要仰望的高度。”
所以今天令我们感到欣喜的是,我国的确在按照这样的科研流程推进着船用燃气轮机的在发展,以下楼主是摘自互联网上几段只言片字整理而成,楼主也没有十足的把握敢对其中的信息作评价,所以特列出来供大家参考。
QC185:以“太行”发动机核心成果发展而来的,其额定功率可达17780KW,热效率高达37.2%,即使在世界范围内,这个数字也是非常高的。其涡轮进口温度是1265℃。而空气流量只有58.6kg/s,这个数字甚至小于QD128,足以说明其原型机的水平之高。QC185燃气轮机验证机燃气发生器已经于2004年2月8日正式点火成功。于2008年4月通过海军鉴定,由于QC185在效率、体积、重量等指标处于先进水平,其不光采用“太行”技术,其升级方案要优于QC280(乌克兰UT15000改)。随着“太行”可靠性指标提高,获得了军方认可,日前在QC185基础上“增加零级”并采用“间冷回热”技术的升级型QC340已经交付,其输出功率超过34000千瓦(4.6万马力)


QC340:只有一张图,根据功率和命名参数判断,但愿楼主读书读的够。


总之,不管这些消息究竟有多真,我们现在已经能像对待航空用发动机一样的乐观眼光看待我们的船用燃气轮机了,但愿真如刚才那位实习生说的:“早晚有一天,通用电气、罗尔斯罗伊斯、普惠将不再是一个需要仰望的高度。”

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:37:00 +0800 CST  
另外再给大家一个网址,大家可以看看世界上最大的燃气轮机,西门子SGT5-8000H,感受一下工业的博大吧
http://biz.ifeng.com/finance/detail_2014_09/01/2860537_0.shtml

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:38:00 +0800 CST  
华夏篇第五章:《山山相映》
进入新世纪以来,承载了一代中国航发人心血和汗水的“太行”发动机逐渐迈向成熟,标志着我国的航空动力行业成功跻身了世界航空动力强国的行列。而且在这其后更令人欣喜的是,以我国众多山脉命名的新型号发动机也开始犹抱琵琶半遮面地逐渐出现在了公众的视野中,一幅“山山相映、争奇斗艳”的画作呼之欲出,更加让我们对中国国即将撬动世界航空动力格局的信心更加强大。
但是归根结底,航空动力这样一个涉及面广、集成度高,而且需要进行大量高精尖研究的行业,不是我们能够依靠一个型号的成功就能实现跨越式发展的。而且即便是“太行”发动机,如果目前推测的核心机源于F110测绘仿制核心机的情况属实,也就说明了其在严格意义上讲并不能算是我国独立自主研发,再加上目前国产发动机产能上的不足,这个时候如果不重视科学发展的客观规律,张开的摊子太大,搞航空动力行业的“大跃进”,必将会对目前这种来之不易的局面带来不可忽视的冲击。所以对于志在追赶世界先进的中国航空动力行业来说,目前的一个关键性工作就是要结合起未来二十年内国家和军队的现实需要以及世界航空动力发展的潮流,做出科学和严谨的规划与布置,合理安排科研和生产资源,做到有的放矢,物尽其才。
所以基于这样的考虑,我们现在可以梳理一下未来我国对各种不同推力,不同用途的高性能涡扇发动机的需求,分清主次,对号入座。

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:38:00 +0800 CST  
首先一个重要的发展点,甚至是某种程度上说是目前我国航空动力行业的头号工程的WS-15发动机,这款目前被称为“峨眉”的大推力涡扇发动机计划的装机对象就是目前万众瞩目的歼-20战斗机,从前段日子空军发布的招飞视频来看,歼-20已经算是以一种比较低调的的形式正式解密亮相了,这也就意味着这款令全世界都为止一震的第五代隐身战斗机距离正式服役已经指日可待。
自从歼-20在2011年首飞以来,这架飞机究竟是在使用何种发动机进行试飞一直是个谜,虽然最早亮相的2001号战机确定使用了成熟可靠的AL-31(以尾喷口判断),但随着2002号和随后的发动机换装了一种带有锯齿状喷口的发动机,也开始让外界对这种发动机的具体型号开始了不断的争论。但是可以肯定的是,歼-20在设计之初一定是以国产发动机作为目标版本的动力来源,这也就是目前被称为“峨眉”的WS-15发动机。


上图就是最早关于WS-15的官泄,但是“峨眉”这个名称目前为止还没有得到有力的证实,坊间一直传说这款第四代大推力发动机的原型来自于俄罗斯图曼斯基设计局的R-79发动机,而且这个传言还很煞有其事地给出了中国分次获得R-79资料的时间表。类似这种的传言目前不在少数,有的真实言之凿凿的声称已经进行了装机试飞(是指装载在歼-20原型机进行试飞),也有的还给出了装机试飞的时间表,当然这样的传言目前还没有一则得到有力的证实。
所以出于严谨,在这里楼主也就不把这些传言一一列出并进行分析,但是目前为止最靠谱的四个WS-15的信息,一个是上面那张展板图,还有2005年中国航空报曾报道“2005年4月14日17时38分,在中国燃气涡轮研究院地面试车台上,我国自行研制的首台高推重比涡扇发动机核心机,检查性点火试验一次成功,并顺利推到了慢车状态”,并报道了涡轮院领导对此宣称这一成果“令我们整整盼了15年”,这篇报道曾经被刊载2005年某期的《兵工科技》杂志上,可以认为具有很高的可信度。而且根据15年这样一个数字判断,我国开始探索高推重比发动机核心机的工作大概始于1990年前后,与美国F-22装配F119试飞的时间吻合,符合一贯以来我国对国外航空动力发展进行跟踪研究的惯例,也更从时间节点上基本排除了是“太行”发动机的可能性。

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:40:00 +0800 CST  



这两张图一个应该是来自于对李明专家的介绍,另外一个则是中航沈阳发动机设计研究所一篇论文,发表在《航空发动机》 2012年01期,按照这篇论文给出的发动机发展时间规划,再加上上面一张照片指出的在2006年前进行的推比10级发动机立项论证评审会的,结合2005年核心机试车成功的情况,楼主认为这已经形成了一条初步的证据链,大致勾勒出了WS-15发动机的研制流程:即2005年核心机试车成功,在2006年左右型号立项,2016年前后开始科研试飞,到2020年设计定型;再历经5年进行排故和试生产,在2025年左右最终生产定型并大批量生产装备;然后改进型涡扇15和系列化发展也将全面铺开。
而现在十年的时间已经过去,如果按照上述的推测,WS-15应该已经制造出了少量的原型机,并可能在近几年安装在歼-20的原型机上进行试飞,这样的分析也有一定的合理之处,因为歼-20最早的几架原型机其实并不一定以试验战术性能作为目标,而是使用基本的飞行设计,是验证飞机的设计有没有出现方向性的偏差的“宏观调控”,待试验达到一定程度后开始换装原始设计中的重要部件进行最后的定型试飞。


但是不管怎么说,在目前歼-20试飞密度越来越大的情况下,相信WS-15的正式亮相应该是指日可待,在2013年左右,中航公司的董事长林左鸣曾表示中国一定要在航空动力行业“打一个漂亮的翻身仗”,而且有了“太行”发动机三十年磨一剑的积累,我们有理由相信WS-15以一种合理的方式出现在世人眼前的那一天绝不远矣。

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:41:00 +0800 CST  
补上一张图,据说是四代大推的矢量喷口试验图


楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:42:00 +0800 CST  
当然,WS-15虽说是目前航空动力行业的重中之重,但是对于目前处于大发展时期的中国航空工业来说,发动机这个曾经我们最大的短板经历了多年的厚积薄发也开始逐渐到了丰收的时刻(换句话说也是四处漏风的时候)。对此我国著名的航空发动机专家江和甫(据传也是WS-15的总师)曾在2008年珠海航展的时候接受采访时称“这种情况很被动”,当然江总的意思并不是在抱怨,他的原话如下:
“我们展出了500公斤推力级的,这次模型也拿来了。这次又展出了3200公斤级的发动机。中国发动机研究起步比较晚,发动机处于比较被动的局面,想搞一个飞机总是找不到可以使用的发动机,发动机行业显得非常的被动。我们现在有的发动机品种很少,使得飞机不能选到合适的品种,这是发动机行业急需要解决的一个问题。这样也有一个好处,就是一张白纸好画最美丽的图画,原来我们什么没有,所以就可以做一个比较好的规划。中国燃气涡轮研究院2000年左右提出一个设想,搞五个系列核心机,在系列核心机的基础上派生发展出一系列的发动机,这条路是国外走的很成熟的了,就是在核心机的基础上派生发展或者系列发展出不同推力等级的发动机。当初根据我们国家的实际情况,就提出来建议搞5公斤流量、10公斤流量、20公斤流量、25公斤流量、30公斤流量的五个核心机,在这个基础上发展出来的发动机就可以从200公斤一直覆盖到2万公斤。如果做的好,就可以满足不同类型飞机对发动机的需求,免得老是被动。”


从江总这段话中,我们可以得知在2000年我国负责发动机总体论证和核心技术攻关的燃气涡轮研究院就已经提出了核心机发展系列化的总体路线,关于核心机的情况我们在前面已经讨论过了,如果燃气涡轮研究院的设想化为现实,那也就标志着我国的航空动力行业真正迈上了科学发展的快车道。

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:43:00 +0800 CST  
所以现在我们能够在多次珠海航展上看到这样一台发动机:


这台标明为“9500kgf涡扇发动机”的型号就是一直以来传说的中国第四代中等推力发动机,因为从推力等级上看,9500kg的推力与F414、EJ200这样的第四代中推力处于一个级别,与RD-33、RB199等8000千克级别的第三代中推相比有着明显的提高,而且从图片上看这款发动机采用了矢量喷口,也符合第四代发动机的特征。
从目前我国的需求上分析,中等推力的发动机的主要装机对象应该是沈飞的歼-31和成飞用于出口用途的“枭龙”,后者因为采用俄制的RD-93发动机,多年以来一直是其全面走向国际市场的一个绊脚石,而前者的原型机目前也采用了RD-93(或RD-33),如果这款双发动力的第四代战斗机真的如坊间传说一般最终会登上中国新一代航空母舰的话,那么RD-33的动力来源绝不是一个理想的选择。而传言的另一面则是,在这款发动机真正面世前,中国选择了仿制RD-93发动机作为过渡手段,发动机的代号为WS-13“天山”(一说为“泰山”)。
当然从发动机技术的角度上分析,在推重比保持不变的情况下,发动机的推力越大技术难度也近似呈几何级数的提高,所以按照这个理论,如果我国真能解决推重比9-10一级的大推力涡扇发动机的研制和生产问题,那么拿出一款同等推重比的中等推力发动机自然不会是什么难事。可是问题却在于,就目前我国航空动力行业的发展现状来看,我国是否能拿出足够的科研和试验资源同时推进两个中等推力发动机的研制、试验和生产,虽说两条腿走路一直我国在重大国防科工项目中采用的稳妥之道,但是两头兼顾的结果有的时候却是两面兼失,所以说楼主也一直对WS-13这个项目存疑,因为迄今为止“枭龙”并没有像预想的那样获得众多第三世界国家的青睐,除了巴基斯丹这个合作参与方以外,目前还几乎没有国家向我国递出实质上的订单,原先设想中的被俄方卡脖子的情况并没有真正出现(至于有人相信印度三哥会在其中作梗,楼主建议你先去问问毛熊他到底是听美元的还是听三哥的 ),加之目前为止传言中声称的WS-13的试车、装机工作也几乎没有得到有力的证实,所以楼主个人认为,我国目前很有可能已经放弃或减缓了RD-93的国产化工作而全面转向上述的9500KG发动机。
当然这里有一个通过机床行业发布的消息证明这两个项目还在同时推进的消息,至于这个消息的发布者所言真假与否楼主也不敢做出评价,欢迎大家就此进行讨论。
http://www.taoguba.com.cn/Article/1089574/1

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:45:00 +0800 CST  
下面我们继续看几个公开的发动机型号,一个是计划用于L-15高级教练机的“岷山”发动机,它是在中航工业涡轮院研发的10公斤流量级核心机基础上,派生发展的一型双转子加力型涡扇发动机,于2012年11月在珠海航天展上首次亮相。因为从L-15教练机的情况来看,这款飞机可以发展出用于我国未来的航空母舰的双发舰载教练机,也可以发展出轻型对地攻击机替代已经在中国空军服役了大半个世纪的强-5,未来发展前景十分良好,但是可惜的是目前L-15仍旧在采用乌克兰的AL-222发动机作为动力来源,而乌克兰现在是什么个情况想必大家已经知晓,如果AL-222交付延迟,无疑将会对这款飞机的发展造成较大的影响,所以说“岷山”的发展将会直接决定L-15的未来工程进度,其意义十分重大。





楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:46:00 +0800 CST  



WS-20发动机,是一款推力范围为13000至16000千克力(kgf)的大涵道比涡扇发动机。这款发动机是以“太行”发动机为基础衍生的大涵道比涡扇发动机,前面我们已经说到“太行”发动机本身就源自于民用的CFM-56发动机,所以WS-20的这个“本性还原”自然是水到渠成。WS-20未来的装机对象包括运-20大型运输机,以及还我国研制中的大型客机、未来的大型轰炸机的动力。在中国空军逐渐走向“攻防兼备、空天一体”的大趋势下,以大型运输机、预警机、大型反潜巡逻机、战略轰炸机自然也是这台WS-20大展宏图之地。




楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:47:00 +0800 CST  
所以现在,上面这几个重点型号的同时推进,证明了我国经过了多年的厚积薄发,航空动力行业正在迈入科学发展的坦途,逐渐走向强大,这是我们在二十年前无法想象的。楼主到现在还清楚地记得,在那个时候美俄欧各个国家众多外形优美、又用着大量外挂弹药赤裸裸展示着暴力美学的飞机塞满了我们的视野时,一本地毯杂志上的歼-10战斗机时都能让楼主和一干同学高兴地惊动了年级主任和校领导,但是后来又得知这架飞机又是装的国外的发动机时候,这种喜悦之情又蒙上了一层阴影。而在今天,我们能看到这么多国产的发动机在“山山相映”时,这又是一种何等的喜悦!虽然现在仍然有众多的小道消息表明,我们国产的发动机仍旧有着多多少少的小瑕疵、小毛病,但这真的就说明了我们几十年付出的心血就完全没有回报吗?要知道在上世纪的最后二十年里,不光是航空工业,我国整个的国防工业都经历了一个很艰难的时期,有很多人面对着“无望的未来”选择了离开,但也有很多人选择了留下来,正是他们这些人的坚守,让我们看到了今天的百花齐放。金一南将军在他的一本书中说道:“真正的英雄,是那些不知道自己是英雄的人。”这些以我国航空发动机行业付出辛勤汗水的科研人员为代表的我国国防工业全体劳动者们们,他们用自己的心血和汗水无愧于民族英雄的称号。我们现在也更加有理由相信,我们这个拥有五千年灿烂闻名的古老国家,现在在这样一群愿意为我们中华民族伟大复兴事业甘愿无名、默默奉献的国防科技人员,实乃民族之幸,也让我们更加坚信,我们真正看到我国航空发动机山山相映的那一天肯定会到来!
最后多说一句,今年的《感动中国》里出现了两位国防科工领域的人物,一个是为我国氢弹做出突出贡献,提出著名的“于敏构型”的核专家于敏,另一位是多年来致力于航空材料研究的师昌绪院士(楼主在前面曾经提到他的一项重要贡献),原本在历年的《感动中国》栏目中一般最多有一名国防科工领域的人物入选,因为往往他们惊天动地事迹不是很容易被普通大众所理解,但是在今年,两位我国国防工业的泰斗级专家同时入选,这的确代表着现在越来越多的普通民众开始认识到了国防工业领域对国家未来发展的重要性,也有越来越多做出巨大成绩、付出巨大努力科研人员越来越得到公众的认可,这无疑是一件令人感到无比欣慰的事情,最后,还是祝愿在我们这整篇帖子里引起大家众多关注的我国航空动力行业,乃至整个国防科工领域未来发展的越来越好,祝愿我们伟大的祖国繁荣昌盛,中华民族实现伟大复兴的一天早日到来。
(全文完)

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:47:00 +0800 CST  
复制粘贴了一个多小时啊

楼主 酒吥离口  发布于 2015-08-02 20:48:00 +0800 CST  

楼主:酒吥离口

字数:42335

发表时间:2015-08-03 03:30:00 +0800 CST

更新时间:2020-11-09 08:10:05 +0800 CST

评论数:114条评论

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