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国产中等推力发动机性能终于能赶上美国

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发表于 2019-3-5 10:53:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
国产中等推力发动机性能终于能赶上美国:老技术获关键突破
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近日,在中国航发开展的“铸我中国心”主题演讲中,贵阳发动机设计研究所的科研人员首次披露,被我国著名科学家钱学森院士称为“ 为中国人争气的重大发明”——沙丘驻涡火焰稳定器已在我国的航空、航天发动机型号中得到广泛应用。演讲材料称,“1969年,为建设三线,杨干武来到了贵州,从事航空发动机的设计研究。从80年代起,他致力于沙丘驻涡火焰稳定器的应用研究。从原型沙丘、第二代沙丘到第三代沙丘,杨干武几十年如一日艰辛探索,研究成果在9个发动机型号中实现应用,大量装备国产歼击机,为空海军装备建设作出了重大贡献。2016年10月11日凌晨,82岁高龄、已是弥留之际的杨老依然牵挂着工作,留下了最后的嘱托:“沙丘尾部挂了一团火,要把加力筒体烧了,你们注意,一定要把故障排掉……”

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据国内公开资料称 ,沙丘驻涡火焰稳定器技术可以说是仿生学在航空发动机上最典型的应用。在战斗机用航空发动机中,由于加力燃烧室可成倍提高航空发动机的推力,可以说对改善战斗机的作战性能极为重要。然而加力燃烧室内部处于高温、高速、低含氧量的状态中,因此要组织起有效的燃烧较为困难,所以火焰稳定器是加力燃烧室的核心部件。在一九四二年,德国科学家研制成功了一种火焰稳定器。这个稳定器从形状来看就是一个V形槽,这也是沿用至今的V形火焰稳定器。由于我国早期的航空发动机技术比较落后,早期的歼6,歼7,歼8战机一直采用V形火焰稳定器的航空发动机,极易出现发动机开加力时最大推力不达标,高空熄火,大量的航空燃油在开加力时不能充分燃烧等现象,极端情况下甚至会发生震荡爆燃。

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上述问题导致我国的航空发动机在生产试车中大批不合格,大量发动机无法出厂,且找不到具体原因,给国家和军队造成了重大损失和浪费。1981年,北京航空学院(现北京航空航天大学)的高歌教授受沙漠新月形沙丘启发(不管风怎么吹, 这个新月形沙丘都不变形, 而其他形状的沙丘却被风吹跑, 而这种沙丘形状就是破坏不了),提出了新的燃烧室火焰稳定性准则和理论公式,并成功研制了沙丘驻涡火焰稳定器,提高了发动机的燃烧效率与火焰稳定性,降低了流体阻力和振荡损失,大幅度提高了航空发动机的合格率。早在1950年,我国科学家钱学森和在航空史上作出过重要贡献的冯·卡门就在理论上推断:如果能够减少迴流区里的湍流强度,同时又保证迴流区中有足够的热量,就能够创造出一种高稳定的新型稳定器,但由于缺乏湍流的计算公式,一直没有研究成功。

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美国的宇航局(NASA)在20世纪70年代资助本国科学家对沙丘驻涡做了多年研究,但却无法解释其现象,只是认为沙丘无法吹走与沙粒的粗细、比重、成分等有关,这令NASA大失所望,最后以科研资料中的最低级别向全世界公布了事。当钱学森得知高歌研制出新月形沙丘火焰稳定器并了解其具体研究经过后大为兴奋,称之“这是为中国人争气的、很有价值的重要发明,是一个很大的技术突破,是在航空发动机领域里的重大建树”。由于目前公开的资料极少,独立军事观察家对我国的三代沙丘火焰稳定器只能做一简单推测。第一代沙丘火焰稳定器主要用于涡喷-6甲,涡喷-7甲型发动机的改进定型中,经过大量计算验证,采用新月形稳定器来调节发动机温度场,不仅可提高推力1%,而且比过去的V型槽稳定器扩大稳定性6到8倍,使大量无法出厂的航空发动机获得了新生,为歼-6,歼-7 ,歼-8,强-5在80年代战备值班做出了重大贡献。

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在我国20世纪80年代研制的第一代冲压发动机反舰导弹中,也采用了沙丘火焰稳定器技术,使冲压发动机的临界推力增加约6 至9%,反舰导弹以2倍音速超低空巡航时的航程和发动机稳定性大为增加。第二代沙丘火焰稳定器也是目前普遍应用的技术,根据资料披露,已在多个发动机型号获得应用,目前公开型号应用的只有沈阳发动机设计研究所研制的“昆仑II”推力增大型涡喷发动机 。该涡喷发动机主要应用在我国的歼-8D/F,歼侦-8,歼-7E/G中,其采用的3圈式环形沙丘驻涡火焰稳定器使“昆仑II”发动机的加力燃烧稳定性获得大幅提高,加力推力也增加了1%左右,燃油消耗也有所减少。

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据悉,第三代沙丘火焰稳定器估计用于涡扇-13E推力增大型涡扇发动机和推比达9.5的涡扇-19发动机中。不仅可提高航空发动机加力推力和稳定性,而且在不开加力超音速巡航时也得到了应用。另外在鹘鹰“FC-31”的飞行表演中,经常出现冒黑烟的情况,这是因为其采用的RD-33发动机采用富油燃烧技术,来确保发动机在任何情况下都不会熄火,容易导致低空出现燃油燃烧不充分的现象。而涡扇-13E和涡扇-19在改用第三代沙丘火焰稳定器技术后,可采用贫油燃烧技术,彻底消除暴露飞机踪迹的黑烟,而其点火性与火焰稳定性能反要优于采用富油燃烧技术的RD-33系航空发动机。
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