中国与美国巡航导弹所用发动机的对比(组图)

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导读:中国巡航导弹的心脏--WS500发动机   涡扇500发动机项目于2003年6月18日正式启动,2004年10月完成总装,历时仅16个月,这在中国航空发展史上是没有先例的。这是中国一航科技实力、研制水平的又 一次集中体现,是“激情进取,志在超越”集团精神的一曲豪迈壮歌。   一、创新机制,建立队伍,营造氛围   涡扇500发动机是根据中国一航的总体部署,按照“共同投资、共同发展、共担风险、共享利益”的四共原则研制的。集团各级领导高度重视,集团公司副总经理、 发动机事业部主任林左鸣多次在各种场

中国巡航导弹的心脏--WS500发动机

涡扇500发动机项目于2003年6月18日正式启动,2004年10月完成总装,历时仅16个月,这在中国航空发展史上是没有先例的。这是中国一航科技实力、研制水平的又 一次集中体现,是“激情进取,志在超越”集团精神的一曲豪迈壮歌。


一、创新机制,建立队伍,营造氛围

涡扇500发动机是根据中国一航的总体部署,按照“共同投资、共同发展、共担风险、共享利益”的四共原则研制的。集团各级领导高度重视,集团公司副总经理、 发动机事业部主任林左鸣多次在各种场合结合贯彻大集团战略,强调这项研制的重 大意义和紧迫性。提出要通过该发动机的研制,营造充分利用全行业资源优势的新 产品研制机制。


为了按期完成该发动机研制,中国一航组织了十分雄厚的科技力量。红湖机械厂、 红林机械有限公司、红原航空锻铸工业公司、永红航空机械公司、西安航空发动机 公司、黎阳机械厂、安大航空锻造公司、贵州安吉航空精铸公司、红阳机械公司、 标准件制造公司、六一四所、中国燃气涡轮研究院、西北工业大学等单位参与了该 发动机的研制工作。这是一个集产学研为一体科技实力雄厚的研制群体,为新机研 制奠定了坚实基础。


在大集团战略旗帜下,在“四共”原则的指导下,各参研单位就项目的目标和意义 达成了共识。基于这样的共识,各单位对该新机研制高度重视,承担任务十分踊跃 ,在自身其他任务非常繁重的情况下,均抽调精兵强将,调配人力、物力资源,有 力保证了项目按节点完成;其次,各参研单位都采用了科学有效的管理办法,各环 节均设有项目负责人、技术负责人和项目主管,由他们对所承担的任务负责,以明 确责任方便协调,从而减少很多不必要的扯皮和推诿。另外,根据短板效应原理, 在试制过程中注重对长线产品和工艺的管理,从而有力地保证了任务节点和产品质 量。


为了了解客户的需求,在研制初期就邀请西工大、南航、成飞、贵航、空导院等潜在用户代表参加,目的就是为了结合潜在用户需求,确定该发动机的技术性能、外观尺寸。通过交流也使用户对发动机的情况有较深入的了解,从而在发动机研制的 同时,为产品占领市场奠定了一定基础。


“航空报国,追求第一”的集团理念和“激情进取、志在超越”的集团精神在新机 研制的过程中发挥了巨大的精神力量。各参研单位都大力加强型号研制中的思想政 治工作,营造了大干新机的良好氛围。主要负责人亲自组织指挥研制工作。中国燃气涡轮研究院把该发动机研制列为今年头等重要的项目之一,院长、党委书记亲自布置工作、督促进度;在西工大,机电学院领导亲自组织技术攻关;在西航公司,总经理亲自召开动员大会,提出明确要求;在红湖机械厂,厂长、党委书记经常深 入加工现场鼓舞士气。在许多单位的厂房内,都悬挂着“让涡扇500发动机从我手中腾飞”,“抓住机遇,拼搏攻坚,全面完成涡扇500发动机任务”,“我干涡扇500发动机我光荣”等大幅标语,到处涌动着大干新机的热潮。


二、各展所长,协力攻关,精心研制


战幕拉开,涡扇500发动机总设计师单位——中国燃气涡轮研究院首当其冲。该院具有雄厚的航空发动机研制技术储备,在30多年的航空动力预先研究工作中,突破了航空发动机核心部件研制的系列关键技术,成功研制出我国首台具有全部知识产 权的航空发动机核心机,在一些领域达到了国际先进水平。该发动机研制,充分利 用了中国燃气涡轮研究院的航空动力研制技术储备,如先进的风扇、高压压气机的全三维设计技术,环型燃烧室、高压涡轮设计技术,以及中推核心机的研制技术。


为了做好这次研制工作,中国燃气涡轮研究院按照项目管理的要求,组织了精干的 项目团队。由副总师程荣辉担任负责人,全面主持和负责新机的研制工作;院总设 计师江和甫出任顾问,担任新机研制总体性能和总体结构的分项目负责人;技术副 院长李继保担任燃烧室分项目负责人。通过严格的过程控制确保计划、设计、加工 、交付、试验等每一个环节的有效管理。


为了在如此之短的时间内保证该新机研制成功,中国燃气涡轮研究院采取了一系列 措施降低风险。对设计方案进行了多轮评审;组织行业内外专家进行技术评审;对 可能存在的技术问题进行认真清理和解决。同时,该院严格遵循航空发动机研制规 律,必须经过试验来验证设计方案和技术更改。为此在整机试验前安排了包括风扇 、压气机、燃烧室、涡轮等部件试验,以及转子动力学等技术支持性试验。目的是 通过这些措施最大限度避免设计错误引起的反复,从而缩短研制周期,降低研制风 险。正是有了这些技术储备和各环节的努力,才保证了在6个月内完成发动机工程 图的出图工作。


红湖机械厂承担着该新机燃烧室、外部机匣和管路等1000多个件号加工任务,是该 新机试制的重点承制厂之一。为了确保按节点保质保量地完成所承担的加工任务,厂长袁志云发出动员令,动员全厂干部职工认清形势,把新机试制任务列入当前工 作重点,以高度的事业心和责任感投入工作,要出精品、出艺术品。他要求全厂各 车间抽调精兵强将成立突击队和技术攻关小组,形成强大的技术合力,对重点件号 组织突击拼抢,超常规工作,确保新机节点。


为确保任务的完成,工具分厂组合夹具室急生产所急,高效完成一套套组合夹具的 拼装工作,为新机试制做出了应有贡献。组合夹具室的同志经常深入生产现场了解 各类加工设备的运行情况、加工工艺和检测方法,结合组合夹具的特点,攻克了一 道道难题,满足了生产的需要。


ws500小型涡扇发动机的基本数据:长1.2米,直径0.35米,推力约500千克

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国产WS500小型涡扇发动机进气口特写


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国产WS500小型涡扇发动机喷口特写


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国产WS500小型涡扇发动机燃烧室特写


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国产WS500小型涡扇发动机最终实物产品

现在下面再看看美国的


美军巡航导弹采用的F107/F112/F121小型涡轮风扇发动机

F107-WR-101

牌 号 F107/F112/F121

用 途 军用涡扇发动机

类 型 涡轮风扇发动机

国 家 美国

厂 商 威廉斯国际公司

生产现状 生产

装机对象 F107-WR-100 AGM-86A。

F107-WR-101 AGM-86B。

F107-WR-102 AGM-109。

F107-WR-103 AGM-86C。

F107-WR-400 BGM-109。

F107-WR-402 AGM/BGM-109。

F112-WR-100 AGM-129。

F121-WR-100 AGM-136。

研制情况

F107/F112是美国威廉斯国际公司为巡航导弹研制的小型涡轮风扇发动机。它由WR19发动机发展而来。WR19是WR2发动机核心机的改型。第1台WR19发动机于1967年首次试验。70年代初接受了美国空军的一项140万美元的合同,用于进一步研制这种发动机。发动机很快在原型弹上进行了试飞。并从1972年底到1973年初进行了竞争性试验,结果威廉斯公司取胜。后来巡航导弹项目被取消,故发动机的研制工作也搁置起来,直到1974年2月美国正式宣布研制巡航导弹时,WR19系列的研制工作才又恢复,并发展了军用型F107。1975年10月,F107的飞行试验开始,1976年1月试验结束,1976年9月通过定型试验并正式投产。以后,陆续研制出多种改型。

F107/F112的设计特点是耗油率低,一般在0.61kg/daN/h左右;飞行重量(包括附件)仅50kg,推重比大,为4以上。再加上它的适用范围广、成本低,所以其发展一直处于领先地位。发动机的贮存寿命为10年,工作寿命为50h左右。它主要用于一次使用的巡航导弹和其他飞行器。但在作试验用时,可以用降落伞收回,稍加修理后可再次使用。

F107-WR-100 和民用型WR19的大小相同,但重量减轻5kg。

F107-WR-101 长度比F107-WR-100增加400mm,其定型试验于1978年10月开始。

F107-WR-102 为通用动力公司“战斧”空射巡航导弹研制。

F107-WR-103 为通用动力公司“战斧”地面和海面发射巡航导弹研制。为适应更高的涡轮进口温度,在涡轮段采用了新材料,另外设计了新进气口以减少在大攻角飞行时所产生的附加损失,压气机及涡轮转子叶片的气动性能也因为采用了新技术而大大改进。F107-WR-103发动机使用了大量陶瓷涂层,而且还有可能要使用陶瓷材料或金属/陶瓷复合材料涡轮转子。

F107-WR-104 是原型WR19的一个可能的改进型,推力达533daN。

F107-WR-105/401 计划通过使用金属陶瓷涡轮、燃烧室、静子、喷管和薄壁构件,使推力增加到622daN,推重比将超过10。为减轻重量,将采用石墨聚酰亚胺复合材料机匣、轴及压气机转子。该发动机可用以改装所有现在使用F107的空中发射、海面发射和地面发射的巡航导弹。预计1994年可供使用。

F107-WR-400/402 同F107-WR-101,1976年6月5日首次装于“战斧”上,由A-6A飞机空中发射。

F112-WR-100 它是F107-WR-103的美国空军编号。

F121-WR-100 为威廉斯国际公司目前最小的发动机,用于AGM136空中发射导弹。

F112-WR-100


结构和系统

(F107/F112)

进 气 口 整体式锥形进气口,后接平直的环形通道。机匣和进气锥之间有4个支板。


风 扇 2级轴流式。每级叶片和盘均为17-4PH不锈钢整体铸件。风扇转速为35500 r/min,压比为2.08。


低 压


压 气 机 2级轴流式。整体结构。它和2级风扇装在同一根轴上,并由低压涡轮驱动。转子由粉末金属钛制成,压比1.70。


高 压


压 气 机 1级离心式,由高压涡轮驱动。叶轮是PM铸造钛材料,压比为3.89,转速64000r/min。为在机动时减少陀螺力矩、高、低压转子设计成反方向旋转。机匣是两段式结构,两段之间由螺钉连接,前端罩着低压轴流式压气机,后段罩着高压离心式压气机。


燃 烧 室 环形折流式。整体机匣。单个点火器。燃油从发动机前端的空心轴流入,向后流动,然后从高压压气机轴上的一个转动甩油盘喷射出。


高压涡轮 1级轴流式。非冷却的涡轮铸件由IN 100材料制成。带整体铸造环的涡轮导向器焊接在燃烧室的后部,成为一个组件。高压压气机排出空气冷却机匣衬套,以改进涡轮转子叶片尖部间隙控制。涡轮进口温度为954℃,涡轮叶片有冷却时,可达1093℃。


低压涡轮 2级轴流式。每级叶片和盘都是IN713LC的整体铸件。2级涡轮导向器为Haynes 31合金的整体铸件。


控制系统 机械液压式。控制起动、加速、减速和稳态转速。


燃油系统 由1个增压和高压泵组件、1个机械液压式计量计算机和1个燃油切断活门组成。根据弹体制导系统来的电压信号调节慢车和最大转速。


滑油系统 完全独立的系统,由1个压力泵、3个回油元件、1个0.615L的滑油箱、1个油滤和燃油-滑油散热器组成。3个回油元件分布在两个涡轮端轴承集油槽内和1个齿轮箱内。


起动点火

系 统 起动和点火同时完成。1个装有固体药柱的点火器,也是起动器。利用固体火药燃烧产生的火焰和燃气进行点火和起动。火焰从起动器喷出后直接进入燃烧室点火,而燃气从起动器喷出直接冲击高压涡轮。火药燃烧时间规定为6s,变化范围为5~9s。


支承系统 低压轴由1、2、5和6号轴承支承。1号是滚珠轴承,放在第1级风扇后面,通过第1级静子叶片传力。2号轴承在低压压气机后面,5号轴承在低压涡轮前面,6号轴承在低压涡轮后端,它们均为滑油润滑的滚棒轴承。高压轴套在低压轴上,由3和4号轴承支承。3号轴承放在前面,是滚珠轴承,放在高压压气机叶轮和附件传动斜齿轮之间。4号轴承在高压涡轮之前。

技术数据

额定推力(daN)

F107-WR-101/400/402 267

-WR-103 444

-WR-104 533

-WR-105/401 622

F112-WR-100 333

F121-WR-100 67

巡航耗油率[亚音速,H=9000m, kg/(daN•h)]

F107 0.611

推重比

F107-WR-105/401 10

空气流量(kg/s)

F107 6.2

涵道比 1.0

总增压比 14.5

涡轮进口温度(℃) 954

最大直径(mm)

F107-WR-400 304

F121-WR-100 211

长度(mm)

F107-WR-100 800

-WR-400 937

-WR-101 1232

-WR-100 660

质量(kg)

F107-WR-400 65

-WR-100 59

-WR-101 64

F121-WR-100 19


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美国F107WR101小型涡轮风扇发动机


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