中国“太行”某些性能仍比不上俄AL31FN真实原因揭密

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导读:作者的观点似乎主要为:1、太行的发动机控制系统基本上是移植自AL31的,而且其中还有毛子专家参与设计工作,所以并不完全适应太行的情况。2、燃气涡轮起动机的功率不够强。而以上两点都准备或正在进行改进,太行的风车启动速度过大和起动时间过长的缺陷并非不可弥补的。 先对比一下兵工科技增刊中那段最有名的记者采访: 记者问: 目前歼十使用俄罗斯的AL-31FN发动机,未来可能换装我们国产的“太行”发动机,那么这两型发动机的性能水更好一点呢?   试飞员李存宝说: 目前还是AL-31FN好一些,其加速性、

作者的观点似乎主要为:1、太行的发动机控制系统基本上是移植自AL31的,而且其中还有毛子专家参与设计工作,所以并不完全适应太行的情况。2、燃气涡轮起动机的功率不够强。而以上两点都准备或正在进行改进,太行的风车启动速度过大和起动时间过长的缺陷并非不可弥补的。

先对比一下兵工科技增刊中那段最有名的记者采访:

记者问:


目前歼十使用俄罗斯的AL-31FN发动机,未来可能换装我们国产的“太行”发动机,那么这两型发动机的性能水更好一点呢?

试飞员李存宝说: 目前还是AL-31FN好一些,其加速性、空中启动包线和地面启动时间都要好一些。目前涡扇-10地面启动时间约90秒,AL-31FN只要一分钟;

我们空中停车后要进行风车启动的速度下限是600千米/小时左右,AL-31FN只要450千米/小时加速性能方面,AL-31FN只需5秒就能把速度增加起来,我们要超过5秒。

这几个不足中,最要紧的是空中启动包线,因为这是单发飞机,停车后要靠降低高度来增大速度,如果停车高度比较低,可能都没有足够高度来加速到600千米/小时,那就要跳伞弃机了


以下是网友aliasmaya的原创:


一家之言、多是猜测,请诸位同好批评指正!我也非常希望诸位能就涡扇10的加速性能、风车特性、起动机、调节计划等内容发表评论。关于涡扇10的空中风车起动问题,有兴趣的话建议查阅04年某期的《航空发动机》杂志刊登的论文,张绍基就此有专门论述,采用经过改进的供油规律进行发动机地面起动试验、空中风车起动试验,得到了某些数据,空中起动左边界:H=4km、Ma=0.52、Vb=500km/h......


发动机“风车状态”(WindMilling)的概念,即由于各种原因导致发动机停车,而在气体动力、转子惯性、阻力矩等共同作用下使得发动机继续转动,并在短时间稳定在某一转速的状态。发动机的空中风车启动是非常关键的。


АЛ-31Ф在泼辣性方面是非常不错的,压气机喘振裕度大,抗(温度、压力)畸变能力强、燃烧室的点火特性较好(记得有28个燃油喷嘴,太行有20个),对于提高发动机加速性能是很有利的(不过这需要以重量的代价来换取),加速线可以更大幅度的偏离正常工作线而发动机不致发生喘振、失速等故障,并且其多元复合调节的调节计划,与发动机的配合堪称完美!老毛子的混合式控制系统被认为是液压机械-模拟电子调节系统设计中的典范。我看手册中对分段式的复合控制规律介绍,实在是搞脑筋!佩服他们的设计师能够巧妙的实现工程应用。

我觉得将АЛ-31Ф的混合式控制系统(虽经过适应性改进)移植到涡扇10,所引起的问题比较多,今后一定时期内还会是不断暴露-再完善的过程。现在关于涡扇10加速性、起动时间以及空中风车起动边界窄等问题似乎也能看出和原型调节计划不适应、不匹配相关联,而适应性改进需要吃透原型机设计原理、吸收其精髓的基础上发展的(这就考验113与614的能力了,估计请外援的代价不菲,他们更可能会留一手)。

另外主燃烧室的点火特性也有待改进(贫、富油点火边界比较窄),这属于先天的问题、从F101那里遗传的。

看到有不少论文谈论这方面内容以及建议的改进措施,比如加速控制改进、优化,空中风车起动特性分析,燃烧室点火特性改进等等。




关于涡扇10的起动时间较АЛ-31Ф长,我猜测几个可能的因素,比如燃气涡轮起动机的功率还不够强劲,而涡扇10的点火转速比较高,起动机脱开转速可能也比АЛ-31Ф的高(CFM56-3的起动点火转速>20%,АЛ-31Ф大约为15%吧。因为在启动过程、低转速时,其主燃烧室的气流小、压力低,气动雾化性能较差,因此贫油熄火边界窄,记得教课书上说这是”两相燃烧中的特殊问题”,所以选取较高的转速点)。关键是燃烧室有一个适当的油气比,保证点火可靠、工作稳定,这也得看供油计划的设计了。

涡扇10采用了608研制的起动机(不知道是否是参照了ГТДЭ-117,见图),目前还在研制功率增大型。空中风车启动的差距,我推测还是源自АЛ-31Ф的调节计划与涡扇10风车特性的适应性问题,目前的涡扇10没有采用FADEC。另外主燃烧室的点火特性也有待改进。


换装614的国产电调是目前涡扇10急需的改进措施(之一),以充分发挥发动机的性能潜力


涡扇10火焰筒头部是采用较贫(油)的设计(追求高温升,可以得到高的涡轮前温度,这样需要增加燃油供应,但又得防止冒烟,只能增加进气量,导致油气比下降,低工况情况下容易发生贫油熄火),点火特性与稳定性是比较紧张的。

改善风车起动性能的某些措施,可以增设补氧系统、提高点火装置的可靠性等,АЛ-31Ф或许也有起动补氧系统?


我猜想АЛ-31Ф加速性好,可能很大程度上得益于高喘振裕度。缩短加速时间,就要求更大的涡轮剩余功率,也就是要快速升高涡轮前温度T4。在加速过程中,燃油供应量需要快速增加(在极限范围内,尽可能大),但是升高的T4对于高压压气机稳定工作会产生不利影响(趋向喘振边界,因为高压转子的惯性大,转速增幅不能跟上T4增加的幅度)。倘若压气机的喘振裕度大,那么加速线可以更大幅度偏离稳态工作线,也就是说可以采取更短的加速途径。涡扇10的高压压气机增压比大、级负荷水平高,或许是导致发动机加速性不如АЛ-31Ф的一个因素。


以前翻译的АЛ-31Ф加、减速性能以及起动参数,引自《ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВУХКОНТУРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ АЛ-31Ф》

10、加速时间:

a)从慢车加速到最大状态(Пнд的值低于Пнд огр.2%)

-H=0、Ma=0 3-5s

-H<8km ≤5s

-H>8km ≤8s


b)从慢车加速到全加力状态 H=0,Ma=0(显示加力燃烧室点火的信号为止) ≤7s

c)从最大状态到0.95 Рпф ≤3s

11、从最大状态下降至慢车转速的时间(H=0,Ma=0) 4—6s

12、起动时间(至最大输出状态)按住起动按钮 60—80s

地面台架ГТДЗ起动机起动时间(至慢车状态) ≤50s

总起动次数

发动机起动次数(使用自带蓄电池的电源、而不进行再充电) 5

5
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