我国航空发动机改进改型工作的回顾与展望.doc

我国航空发动机改进改型工作的回顾与展望我国航空发动机改进改型工作的回顾与展望 我国的航空工业建设已经40年了，航空发动机行业经过40年的艰辛建设，从修理、仿制到自行设计，初步形成了具有相当规模的高技术产业；拥有一批一定水平的工厂和研究所，配备了先进的生产、试验等设备手段，为自行设计和制造打下良好的物质基础。这40年来，已开发主要的发动机型号50余种，其中定型生产的有20余种，先后为军民用飞机提供了近x万台发动机，其中绝大部分是改进改型产品。不但提高了发动机的性能和可靠性，延长了寿命，满足了国内的需要，而且出口国外，创造了很高的经济效益。例如：黎阳公司，10年投资3000万元，坚持不断地改进改型，发展生产了12个批次，近900台发动机，成为我国现役主力视种的主要生产基地。并出口600台，创汇35亿美元，同时锻炼并稳定了队伍，增强了企业自身的活力。我国在发动机改进改型方面已取得很大成绩，但也存在不少问题。展望2000年，我国新研制的机种，尚不能大量定型投产形成战斗力。军民用飞机的动力装置主要仍然依靠现有发动机的改进改型。因此，重视发动机的改进改型工作在发动机行业有其特殊意义。二、发动机改进改型在行业中的作用和地位。 航空工业部1988年颁布的航发(88)50号文“发动机研究和发展管理暂行规定”中指出：改进改型是使用发展的主要任务，而使用发展是发动机研究和发展全过程的最后阶段。是一个使发动机不断完善和提高的过程；发动机的改进是针对发动机在使用中暴露的缺陷，改进零部件和系统的设计合理性、工艺性以保证发动机在使用寿命期内的性能、可靠性、耐久性和维修性，并进一步延长使用寿命；发动机的改型是采用成熬的先进技术，挖掘发动机潜力，提高发动机性能可靠性、耐久性和维修性，扩大使用范围。 发动机改进改型既是使用发展的主要任务，又是发动机研究和发展全过程的最后阶段。发动机在型号发展阶段，其性能、零部件的结构故障、可靠性和延寿等工作必须在改进改型阶段继续进行。因此，改进改型工作是发动机研究和发展中不可缺少的阶段。对新发动机充分发挥潜力，提高性能、可靠性，耐久性、维修性起着重要作用。国内外的经验证明，改进改型是一个贯穿于发动机整个使用寿命期的重要发展阶段甚至延续到发动机停产后一段时期，改进改型工作仍在进行。 另外，一个靠引进仿制国外发动机发展起来的部门、改进改型工作在一定时期内应该是发展提高发动机性能的主要途径之一。在第二次世界大战后，美、苏、法等国都走过这条道路而取得成效。我国的航空工业在发展初期是靠苏联的援助，是仿制苏联60年代以前的机种建设起来的，40年来虽然在发动机改进改型上做了大量工作，取得一定成绩。但是，由于我们对科技进步、科学研究在工业中起的促进作用缺乏实践体会，对发动机改进改型工作在发动机行业建设中的重要性认识不足对改进改型的管理工作基本处于放任自流的状态，花在改进改型上的资金在总投资中所占比例极少，长时期停滞在仿制生产阶段。实际上，我国在航空工业建设初期，科研基础薄弱，自行研制发动机的物质条件尚未完善，自行设计的新机不可能在短期内装备部队，就应该在仿制阶段以后突出改进改型工作。可是我们长期没有把改进改型作为一个重要的使用发展阶段列入行业发展规划，经费没有正常的渠道给予保证。同时，设计研究所给基层厂所缺乏预研成果的支持，发动机在外场使用中故障信息未向设计研究所反馈。从而出现30多年来自发地、分散地搞改进改型的现象，如果不认真总结经验，采取措施，加强改进改型的组织领导和管理，90年代以后我国航空发动机行业将面临严重危机的局面。三、发动机改进改型工作收益显著 实践经验证明发动机改进改型有许多突出的优点：与新设计发动机相比，改进改型所需投资少经济效益显著；技术难度集中在少数部件，风险小；研制的周期短，可以满足用户的迫切需要，并可在市场竞争中获得明显优势；由于在原有机种上改，继承性强有较高的可靠性。 从发动机发展过程来看，国外各著名发动机公司，只要有研究发展的发动机型号，都有其改进改型计划，并从原型号发动机分析比较潜在能力、费用和风险三个重要因素来考虑如何改进改型。美国的一些发动机公司，都农花大量资金研制新的军民用发动机的同时，对原有发动机花功夫研制出一整套改型组件，通过采用这套改型组件，可使老型号发动机获得新生，达到最新型号规范和性能要求。美国普惠公司于1990年9月在英国范堡罗航空展览会上透露，F100发动机已生产5千多台，装在15个国家空军的F15和F16战斗机上，为了提高飞机的性能，普惠公司通过采用这套PW220E(E表示“等效”)改型组件，使老型号的F100发动机达到美国空军员先进的使用型F100Pw220发动机的标准。所改型的组件采用了数字式电子控制、延长寿命的核心部件和F100Pw220发动机的齿轮式燃油泵，普惠公司估计，采用PW-220E的改型组件，可使发动机的改装费用减少1/3。用老机种改进改型，过去我们已有很多机种，积累了丰富的经验，例如wP一6，wP7，WP13，WJ5，WJ6，WZ8等，都收到很好的经济效益和社会效益。90年代以后仍将延续进行下去。关键在于领导和管理工作上的改进。四、改进改型工作应注意的问题 发动机改进改型工作是使发动机不断完善和提高的过程，它除了需要统一领导、有足够的经费保证之外，还要重视下列问题，才能得到提高性能的发动机。 1)技术上消化吃透是关键。在改进改型以前首先必须消化吃透原型机。从系统工程发动机总体性能、结构强度考虑入手，以少数部件分步进行改进改型，可以收到技术风险小、效益高、投资少、周期短的效果。60年代初，沈阳606航空发动机设计研究所在发动机研制工作开始前，先做摸透815(wP7)发动机工作，但对815尚未做消化吃透的试验验证，就开始将此发动机改进为WP7甲的工作。1964年开始改进研制，采用新工艺锻造空心叶片，将涡轮前温度提高100，加力推力提高到6000kg(提高43)；加力燃烧室分区供油，降低油耗，由于对原型机消化工作摸得不透，仅从涡轮部件局部修改，而末考虑整台发动机可能出现的问题。在长期试车中出现火焰筒安装边裂纹，当时未下决心来研究排除这种故障，而将发动机一次翻修寿命由原型的100h降为50h出厂使用。这种使用户经济上、作战上遭受损害的办法，一般是不能允许的。这一改进设计经过13年才正式定型，18年以后到1982年才恢复到100h寿命。这样反常的改进发动机方法，并未引起人们的重视。接着又再次出现同样情况。为了提高wP7乙的战术技术指标，也将涡轮前温度提高100，加力推力增加到6100kg(提高6)，当时发现燃烧室出口温度场不合格，没有及时调试，就投人批生产。交付部队使用后，发现发动机二级涡轮导向叶片发生裂纹变形，影响空军使用安全，又回头来研究排故，这样的改进改型方法，在其他机种却是屡见不鲜。外场使用时故障率大大增加，过去航空工业部为发动机排除故障每年浪费大量的人力、物力和财力，其中改进改型工作不当，也是原因之一。据了解，对原机种先在技术上消化吃透，然后才能着手改进改型，各发动机厂所对此已有深刻的认识有待今后加强管理进一步改善。 2)改进改型与设计研究是相辅相成的关系。40年来，我们的工厂和研究设计单位出现反常的关系，工厂偏重于老机种的改进改型，而研究设计所却侧重于新机设计，双方在工作上没有直接联系，这对发动机的新机设计和工厂生产发展都很不利。国内外的实践证明，改进改型需要得到预先研究和设计单位的支持，否则改进改型技术上受到很大限制；预研和型号设计不需要吸取改进改型中的经验，接受发动机在使用中出现故障反馈回来的信息，分析研究以提高设计水平，它们是相辅相成的。 美国国家宇航局(NASA)为了对付70年代初世界石油危机，与工业界一起制定一顶以发动机部件改进计划为主的“飞机节油技术研究计划”：从1976年开始，选定民航使用较多的发动机JT8D、JT9D和CF6该计划的内容包括：研究队伍的组织；拟定计划项目制定程序；可行性研究、筛选项目的准则、部件改进的试验方法、部件结构强度试验与整机试车、高空模拟试验和飞行试验的选择。整个工作到1989年结束，用改进部件性能来降低发动机耗油率，并减轻了发动机性能退化，改进改型工作运用大量研究设计技术取得了成功。由此可以看出，改进改型与新机设计在研究发展方法上并无不同之处，但工作量却有多少之分。它们都需经过方案选择、论证和验证，部件性能和结构强度都要经过分析、部件试验和整机试车等。 3)发动机改进改型工作必须遵守军用通用规范和民航适航条例，改进改型工作既然属于发动机研究发展的最后阶段，任务完成以后要交付使用单位外场使用，就应按照国家规定的军用通用规范和民航适航条例的要求来做发展工作。其中有些技术难以完全吃透，有些试验项目，实验设备我国当前尚难以具备，可以与使用单位协商，使用计算分析或补充试验来代替。总之，为了改进改型发动机达到使用要求，保证产品质量，改型单位所定的性能指标、结构强度系数、可靠性指标等，必须比规范规定更加严格，对部件和整机所做的计算分析、验证试验项目应多于规范规定，测试数据公差要严于规范要求，产品质量才能得到保证。由于航空发动机的工作环境恶劣，研制时总有一定风险，即使这