发动机的改进新动态
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成都飞机设计研究所 成都
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AL_31F发动机的改进新动态8 v* R0 J! @! F5 \
成都飞机设计研究所 杨国才 伍 王月 范 怡! `( V" L% S$ L H8 |( Z- O
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* W4 O( R! U0 _附:
8 l" K* @9 e$ |- p9 KAL-31F技术数据4 c9 b8 ^' ]- }* w! z; k
0 s& Y5 Y- h0 ]6 A0 m z. y4 CAЛ-31Ф(AL-31F) ! X( ? l v3 T) M- P5 J
) [6 p6 S% @& k `7 q) i结构形式 双转子加力式
A. J- `( G7 N; S h- I) t7 z推力范围 加力12258daN、中间7620daN。
5 z" X8 U" v/ J现 状 生产
8 s/ {; a: j' n1 x+ V( x3 w# L价 格 300万美元
9 x# t3 @: n+ t3 i0 r8 A! x. d用 途 用于苏-27歼击机。不带加力的AЛ-31Ф曾用于“暴风雪”(БУРАН)航天飞机在大气层中试飞时的动力装置(机上装6台)。改进型还用于苏-35等飞机上。 7 T3 O) q+ U- `4 h$ Q6 n/ Z6 y
$ K& ^ [% e8 x6 s; B研制情况 % }. O8 n h- D" t0 J9 o, P
) _, v+ X: F! F AЛ-31Ф为留里卡设计局在1976~1985年间研制的加力式涡轮风扇发动机。在研制中曾遇到极大的困难。一是超重。起初,发动机有4级风扇、12级高压压气机、2级高压涡轮和2级低压涡轮共20个级。结果发动机超重,达1600kg,而推力仅11000daN,不得不进行大改。改后的方案,风扇仍为4级,但高压压气机减为9级,高低压涡轮各为1级,总级数降到15级,于1976年将重量降到1520kg,但故障很多。为排除故障重量又有增加,约增加了10%,后来采用每减重1kg奖励5个月工资的办法,减轻了70公斤,实现了原定的重量目标。二是涡轮效率比设计值低4%,后来决定接受这个现实。但为了达到性能,只好将涡轮进口温度由1350℃提高到1392℃。结果涡轮叶片裂纹,为此改进了冷却流路,流路十分复杂,采用了旋流冷却,用了新的工艺和好的材料,表面加钴、镍、铬、铝涂层。为此曾撤换过5名领导。在1976~1985年期间,共解决了685个难题。AЛ-31Ф设计中共获得128项专利,使用51台发动机,总运转22900h,其中台架试车16625h,试飞6275h。 9 c* M* d; Y1 a3 N+ L
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2 C9 j; R8 T( G) d! C* A AЛ-31Ф还有改进型,其中包括带有矢量喷管的改进型,但未见详细报道。
) [ \0 `: Y" ?8 E+ ~AЛ-31Ф(AL-31F) # H# X6 z# K6 R5 N; m0 V
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---内容选择---研制情况 结构和系统 技术数据
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结构和系统
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进 气 口 进气机匣为全钛结构,有23个可变弯度的进口导流叶片,导流叶片前缘固定,由来自高压 : S, _" Q# n2 J! U3 x0 s" a9 |
压气机第7级的空气防冰,后部则为可调叶片。 9 U' m0 K2 `+ b3 X8 F9 R
风 扇 4级轴流式,增压比为3.6。整个风扇为全钛结构。前3级转子叶片带有阻尼凸台。整个风 7 b5 C. @# Z ?
扇转子用电子束焊焊为一个整体构件。第4级转子叶片对应的外机匣上,带有机匣处理环 1 P( S5 x' c/ f7 f/ [+ s
腔,开有400个斜槽,用以提高风扇的稳定工作裕度。第4级出口整流叶片为双排的串列叶 ) V& U9 X) J5 A! |
栅。 , ~* @ \2 U. s/ J
高 压 ' Y% t( X, e. h6 d9 u. w
压 气 机 9级轴流式。第1~3级盘用电子束焊焊在一起,而第4~6级盘同样用电子束焊焊为一个整
9 \% T: k0 E- M; ^! u 体。第7~9级则为单盘,而用长螺栓与6级盘连在一起,第1~6级盘为钛合金构件,第7~
- B- S# g/ {' y% D9 U' [. G 9级则用耐热合金制成。第1~5级转子叶片用钛合金制成,第6~9级转子叶片用耐热合金
% f. Q" X: _ ~, P6 J1 g 制成。所有9级的榫头均为环形燕尾槽式榫头。进口导流器和1级导流器均由钛合金制成并 1 g, s7 c( \& C9 Y, e$ s9 ^/ z* s
装在一个由钛合金制成的前机匣上。进气导流器和第1~2级导流器,共三排是可调的。1 $ O, k+ a! z. k, n, D! C9 D- q
~8级导流器均为悬臂式结构,出口导流器也是双排串列叶栅。 ! n' Q' V+ D, `7 u8 Y6 j
燃 烧 室 环形。有28个双油路离心式喷嘴,两个点火装置和半导体电嘴。 ~+ A: }, }- q( g! i7 P& C
涡 轮 高低压涡轮均为单级。高压涡轮导向器共有14组,每组3个叶片。高压涡轮转子叶片共90 - b3 w/ n4 k" N6 D+ V, P4 S6 M
片,不带冠,榫头处带有减振器。低压涡轮导向器共11组,每组亦为3个叶片。转子叶片
, L, t! G7 Z+ H4 S* G4 I1 ] 亦为90片,带冠。低压涡轮轴的特点是前后分为三段,前、后段由耐热不锈钢制成,中
0 F: O. b* O" n* u M 段由钛合金制成,三段间以“叉型”结构用径向销钉连为一体。高、低压涡轮的4排叶片
4 u, Z' J& Q X# B0 { 均为气冷式叶片,总冷气量占内涵空气流量的17.5%,其中直接引自第二股气流的为7.5%, 1 r) D6 T7 \6 A5 k
主要冷却高压涡轮导向器前缘等处,另一股气流为8.9%,自燃烧室机匣外壁处引出,经设 - J: f/ Y5 i: ]* B2 x4 E
置在外涵流路中的空气-空气换热器冷却,可使冷却空气降温125~210℃,这些空气中,
7 C1 L+ X1 e4 t0 J$ w& b 占内涵流量的6.4%经高压导向器的中腔进入,除用于冷却导向叶片外,有4.6%进入高压涡
/ t* t3 t8 p; T8 ?- L6 _0 p 轮盘前,并有3.2%的空气用于冷却高压涡轮转子叶片。低压涡轮转子叶片用外涵空气进行
& n9 j: g# N, R( G4 a. _" u 冷却。冷气经涡轮后机匣支板引入内部,经低压涡轮盘上的一些径向斜孔的泵效应增压, / H6 C& C2 n' e. s4 K0 k& I
再进入低压涡轮叶片。 & Z; Z" E ?4 m
加 力
# M( k7 H( e) V3 f% o燃 烧 室 进口处有混合器,分5区供油,其中第5区为加力起动区,采用“热射流”方式点火。火焰 0 ~/ |# `- }: n ^* s: N
稳定器有3圈“V”形稳定器,并有一些径向传焰槽。防振措施为全长防振屏并在内尾锥处
' M% q1 P) A$ s4 q" M1 M 开有大量的防振孔。 ; X0 ?0 l' ], s( l3 a
尾 喷 管 收敛-扩张式喷口,各有16个调节片和封严片。收敛喷口靠16个液压作动筒操纵,扩张喷
. C) K+ y3 n: ~- E) M. \7 Q) ?$ R 口则靠16个周向气压作动筒形成的环形“束带”固紧,随着喷口落压比的变化,靠气动力 $ O3 u& e$ }4 `* E( c/ r
作动改变喷口的出口截面面积。
V: H5 Q! l3 r+ ? |控制系统 基本部分为机械-液压系统,包括主泵-主调节器、加力泵和加力供油和喷口控制等主要 . ~3 O" h: ]3 [' h! c* d! T
附件。还具有称为综合控制器的模拟式电子控制装置,控制发动机的主要工作状态的极限 7 d5 a$ U0 E7 ~1 J6 u
值,并有其他多种功能。当电子系统出现故障时,便自动转换由机械-液压系统控制。还 / F4 `( a' X: ~' l- @, H
具有多项参数的监测系统,以及前苏联发动机特有的防喘系统和涡轮冷却气控制系统等。
$ _& m& ?& x* G! z J) D4 vAЛ-31Ф(AL-31F) & j+ f% l: ?& b/ M8 o6 }
* f( {8 x* g: k- N* z---内容选择---研制情况 结构和系统 技术数据 " X" R& x& c8 O- d2 a
) M& E. z4 }- j" G技术数据 ; F0 n' K5 I, Z7 E. ^% t
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4 y5 A: R' [$ ?9 H! S最大加力推力(daN) 12258
/ |) [1 Z7 v/ I \; k中间推力(daN) 7620
1 m; \ Z' j* n1 N加力耗油率[kg/(daN·h)] 2.00
. ]' L5 i- C/ X! ~2 f中间状态耗油率[kg/(daN·h)] 0.795
: z/ ?: I' |5 {推重比 8.17(按前苏联关于发动机干质量标准) $ b- F- c% @( F7 n- ?" p7 W% T
7.14(按国际上一般规定计算) " H0 i& [7 Q, W$ e) H H w4 J# a
空气流量(kg/s) 112.0 " T% }" F' r3 G* C
涵道比 0.60
8 r7 W; f3 P* Q! m0 i. q总增压比 23.8
! [$ j3 u- V; Y涡轮进口温度(℃) 1392 " x# T4 W5 ]; E: N0 ^
最大直径(mm) 1300 H1 ?: h! \" Z1 D% r7 c
长度(mm) 4950
# @! O" p! n; H+ Z. u( Z" z) o质量(kg) 1530 (按前苏联标准)
7 N) H8 Y" [4 E$ n5 S& m' @ 1750 (按国际上一般规定) |