发动机的改进新动态1 |) w& w- o) k# P6 T
杨国才 伍 玥 范 怡
1 E, V. @6 B8 B9 O! r, ^成都飞机设计研究所 成都
- b+ d" a% C. l% X' B% u4 \$ ^" F h5 P0 O/ n
6 R! I% { ~7 A0 W- S
AL_31F发动机的改进新动态 I6 o- H, g7 X, z, N% k
成都飞机设计研究所 杨国才 伍 王月 范 怡
: g' q- N6 t# [1 c x
5 J. G9 J* Q- b
/ g1 O; E" K0 u6 L/ d附:3 `" `3 U, z4 f1 X: ~ x
AL-31F技术数据+ ^6 w0 [5 |, h4 h1 g7 m. K
# |' v, b7 ^- XAЛ-31Ф(AL-31F) & m9 I; Q" N6 Q, f6 Y' O; N, U
1 ]9 ]6 a2 a/ R
结构形式 双转子加力式 5 B+ i7 L% }4 G
推力范围 加力12258daN、中间7620daN。 : G1 {0 Q/ \# |+ y# A) d
现 状 生产 $ h! w+ S+ \) _) I0 m6 i
价 格 300万美元
' _. l. F$ |; R! q3 c2 c+ N9 Q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。
4 D6 l* v3 M/ U6 k3 K
* p( h$ {- m" P! w3 [, O研制情况 ' N, `7 y! x- ]' f5 p9 S
$ K6 p- o- A; b 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。
; R+ W3 t1 v( [6 }. w+ r' g$ O( [8 k
- ]$ Q( M( G$ H4 U9 i: {; a5 P0 p$ c1 u1 d
0 t, ?; {* R3 L+ X" h 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。
& M$ z* X6 T+ q- EAЛ-31Ф(AL-31F) 6 S/ u6 N, S2 _, L. g- T. _6 l
/ R/ ?# e' T2 J0 K8 a. X8 |- g---内容选择---研制情况 结构和系统 技术数据
# X9 @/ A# K& k" [6 K( d8 s
5 {9 W6 t a0 f( C2 Z
! b* A/ G2 Z1 |. ~" w
; x& k9 a7 U( [. A. R结构和系统 7 a2 ?) c# w5 Q
" C0 C" m- A1 z4 W# i4 p
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
& Q f. L* ^' ]2 t 压气机第7级的空气防冰,后部则为可调叶片。 . [4 b+ g6 b0 M, I2 P. H
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 * ?( ?5 o8 q2 s5 k+ `( P/ h7 S J( Q
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 $ e+ o" E$ }. s$ U! N- ~1 ^+ c
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
8 B7 Q- H* k3 G) W" G 栅。 4 z. g4 q7 l" X- b9 }' z* F
高 压 7 C0 e; ^2 I+ R& }: O3 f% l Z
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 5 x$ e+ Q- ~! }- _' N
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~
' n, d4 j. @+ b3 l 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
0 A/ n# c# {1 ?+ h. Z' y' s/ W+ l. \ 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
; { T( U$ i6 n 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
6 }# ]5 y5 z5 x1 m: ~3 w/ M ~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。
, J; j# A) S& \$ u+ x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。
9 @5 }, M" U0 h1 Y; e! h0 u; G3 v1 S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
2 x: [" S. Z; G n) s0 F; |2 l% d 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 / W. V I ~2 K6 i" n
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 : k3 U% Y! V" @" C5 c
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
# y2 G$ i. ~- }/ R$ ^ 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%, . g4 e0 ]8 r' I8 y
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
3 y6 ^, m4 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, 0 w+ h; o1 |" M; t& `
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 / V) T# n/ N3 z9 m6 g
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 % P) M% Y; _* m
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, 9 B" \' R0 I, z
再进入低压涡轮叶片。 * Y2 B! C. D( w8 t. G# |
加 力 1 o# e% l+ S- M: R, q: `; P
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 ]4 M0 u6 c& F' U( j# u9 A6 x
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
' u) r8 _" t ?+ o, y 开有大量的防振孔。 3 I9 c8 q! }1 r
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
6 f6 G; ~6 c0 [' {) E 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
1 d% E9 d. o9 [) | 作动改变喷口的出口截面面积。 0 w* I t7 I/ H2 M
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
2 _9 D1 v9 [+ P, ?/ `# ~ 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 % l8 }' d/ S/ y# ]6 b: A \
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 1 ^' _4 x" H/ j; d5 v# B
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. ?) H: P0 t3 DAЛ-31Ф(AL-31F)
* x, {4 U. d/ L5 t3 B4 Y
, O, G' v' E3 {" b---内容选择---研制情况 结构和系统 技术数据
: f. F) o9 Y1 x) g" b* a8 b. s Q, D8 I
技术数据 # z, b6 G) v% M& E5 [5 A( ~
" H. ^* c2 g* x9 I/ A9 ]
4 h& G- n' P/ c最大加力推力(daN) 12258 1 X: \4 n Q- H/ v6 {' n c( [2 w
中间推力(daN) 7620 9 G: f8 W7 A0 F8 Z! `+ u
加力耗油率[kg/(daN·h)] 2.00 % E3 U1 x8 h5 v( a3 l
中间状态耗油率[kg/(daN·h)] 0.795 % u3 }# @1 P1 A! K& ~' [
推重比 8.17(按前苏联关于发动机干质量标准)
- k/ }- q# g, u7 h# ^1 K 7.14(按国际上一般规定计算) ; [3 N; S% R# l- E+ j [
空气流量(kg/s) 112.0 0 ^ Q8 k8 ^( I# i3 K, w: f
涵道比 0.60 $ A! r0 i8 `! f% Q
总增压比 23.8
8 S. X" _6 e" p' z0 S, W涡轮进口温度(℃) 1392
4 O) n6 F; g% h; U. V; a最大直径(mm) 1300 # p" z0 z% n) Y" i: F `3 ?
长度(mm) 4950
, A6 N3 h+ v% } V* A7 z: V7 a, S质量(kg) 1530 (按前苏联标准) 7 Y( Z6 l' B" l8 X& k- ^
1750 (按国际上一般规定) |