新中國成立后,中國政府認識到航空工業(yè)之于一國的重要性,立即著手建立中國的航空工業(yè)。1951年4月17日,當(dāng)時的政府下發(fā)《關(guān)于航空工業(yè)建立的決定》,重工業(yè)部航空工業(yè)局正式成立。與此同時,諸如哈爾濱發(fā)動機修理廠、南昌飛機修理廠、沈陽發(fā)動機修理廠、沈陽飛機修理廠和株洲發(fā)動機修理廠先后成立。中國航空工業(yè)從一窮二白的階段進入了修理階段。這些一系列工廠的建立正式拉開中國航空工業(yè)的發(fā)展大幕。隨后爆發(fā)的朝鮮戰(zhàn)爭加速中國與蘇聯(lián)航空工業(yè)的聯(lián)系進程。在此期間,中國也正式開啟國產(chǎn)航發(fā)之路。
一如中國眾多工業(yè)發(fā)展軌跡,中國的航空工業(yè)發(fā)展也采用了仿制蘇聯(lián)同時代航發(fā)開始的。這一仿制就是四個型號,分別是蘇聯(lián)的BK-1F、PⅡ-9B、P-11φ-300、PⅡ-3M四型發(fā)動機。相對應(yīng)的國產(chǎn)型號為:渦噴-5、渦噴-6、渦噴-7、渦噴-8四型發(fā)動機。因此,后人戲稱這四個仿制型號為“照葫蘆畫了四個瓢”。
第一個“瓢”——渦噴-5發(fā)動機
新中國剛成立之際,戰(zhàn)火逼近中國東北。在蘇聯(lián)幫助下,中國在得到米格-15、米格-17戰(zhàn)機之時便正式著手對其進行全方位的仿制。其發(fā)動機BK-1F更是重中之重,是“一五”計劃中最重要的一項航空項目,也是中國仿制的第一種渦噴發(fā)動機,國內(nèi)代號渦噴-5。研制單位是由原沈陽航空發(fā)動機修理廠改建而來的沈陽航空發(fā)動機廠。計劃在1957年國慶前進入批量生產(chǎn)狀態(tài)。
BK-1F發(fā)動機雖為第一代噴氣式發(fā)動機,但大量采用了高強度材料和耐高溫合金。這讓基礎(chǔ)薄弱的中國材料加工業(yè)頗費周折才研制出合格的材料。而加力燃燒室薄壁焊接、復(fù)雜的噴管加工等多項先進加工工藝對中國當(dāng)時的制造加工能力是一個相當(dāng)大的考驗。經(jīng)過多方面的通力合作,首批渦噴-5發(fā)動機在1956年9月通過鑒定,進入了批量生產(chǎn)階段。比原計劃提前了一年。為國產(chǎn)殲5戰(zhàn)機的順利誕生,邁出了十分關(guān)鍵的一步。也標(biāo)志著中國航空工業(yè)已從仿制活塞式發(fā)動機發(fā)展到噴氣式發(fā)動機時代,成為當(dāng)時世界上為數(shù)不多的幾個可以批量生產(chǎn)噴氣式發(fā)動機國家之一。
同時,中國在批量生產(chǎn)渦噴-5發(fā)動機時也組織相關(guān)單位對其進行升級改進。為了保險起見,新發(fā)動機選用了68%的渦噴5的成熟零部件,其余零部件進行針對性升級改進,于1957年研制成功,被命名為渦噴-5甲。主要用于替換從蘇聯(lián)引進的伊爾-2Vi8qQ1irrBLvNtHfDKPeCnZ3Pl2eC5LLSFwrMqsdIAo=8轟炸機的動力裝置。1959年,中國又試制成功PД-45發(fā)動機,作為米格-15的主動力。1963年,中國第一代轟5轟炸機研制成功,對渦噴-5發(fā)動機的需求量迅速增加。中央決定西安航空發(fā)動機廠也同時生產(chǎn)渦噴-5系列發(fā)動機,并決定由西安負責(zé)渦噴-5發(fā)動機以后的改進升級工作。
隨后幾年,西安航空發(fā)動機廠又陸續(xù)研制成功渦噴-5乙、丙、丁三種改型,分別用于殲教5教練機、米格-15及米格-17戰(zhàn)斗機,滿足了當(dāng)時中國海空軍裝備的各型戰(zhàn)斗機的動力需求,對當(dāng)時中國國防穩(wěn)定做出了巨大的貢獻。渦噴-5乙,1966年試制成功,用于米格-15“比斯”戰(zhàn)斗機;渦噴-5丙,1966年試制成功,用于米格-17戰(zhàn)斗機;渦噴-5丁,1967年試制成功,用于殲教5教練機。
第二個“瓢”——渦噴-6發(fā)動機
緊隨米格-15戰(zhàn)機到達中國的還有米格-17、米格-19戰(zhàn)斗機。當(dāng)然,中國也得到了該機的PД-9B加力式渦噴發(fā)動機的技術(shù)資料。中國也進行了必要的仿制工作,命名為渦噴-6發(fā)動機。用于裝備殲6戰(zhàn)機及稍后研制的強5強擊機。渦噴-6發(fā)動機由沈陽航空發(fā)動機廠于1958年開始試制和生產(chǎn)。
與渦噴-5發(fā)動機相比,渦噴-6發(fā)動機的性能有了很大的提升,主要表現(xiàn)為:由亞聲速發(fā)展到了超聲速;壓氣機結(jié)構(gòu)由離心式發(fā)展為軸流式。不過,兩者的最大推力仍為25.5千牛,加力推力為31.8千牛,與渦噴-5相差不大。但重量減輕了29%,僅有708千克,直徑也縮小了48%,大大減小了飛機的迎風(fēng)面積,十分有利于超聲速飛行。
因渦噴-6采用的是軸流式發(fā)動機,其葉片和管子比較多,故渦噴-6發(fā)動機體積雖比渦噴-5縮小許多,精密度卻成幾何級別的上升。這對研制人員提出了更高的要求。當(dāng)然,原來滿足渦噴-5發(fā)動機的生產(chǎn)線也就無法適應(yīng)渦噴-6的試制和生產(chǎn)。因此,沈航發(fā)廠在中央的支持下對生產(chǎn)線進行了大規(guī)模的技術(shù)改造,以保證渦噴-6發(fā)動機的生產(chǎn)工作。
就在渦噴-6發(fā)動機進入關(guān)鍵的沖刺階段時,席卷全國的“大躍進”之風(fēng)干擾了科學(xué)發(fā)展的正常模式。1958年7月,有人對渦噴-6的研制提出了“快速試制”的脫離客觀實際的口號,要用最短的時間研制成功。一系列科學(xué)的規(guī)章制度被踐踏,讓渦噴-6發(fā)動機出現(xiàn)了一系列質(zhì)量問題,加工質(zhì)量直線下降,而質(zhì)檢方面更是幾近于無,導(dǎo)致發(fā)動機的質(zhì)量根本無從談起。這為日后渦噴-6發(fā)動機的大規(guī)模質(zhì)量事故發(fā)生埋下了伏筆。
1958年,渦噴-6發(fā)動機的第一臺樣機雖已完成組裝,但在“大躍進”影響下,其所有技術(shù)指標(biāo)沒有一項能達標(biāo)。雖經(jīng)全廠技術(shù)人員努力攻關(guān),到1959年3月通過鑒定試車。不過在設(shè)計生產(chǎn)過程中所出現(xiàn)問題并沒有得到實質(zhì)性解決,就在年底生產(chǎn)了60臺交付空軍使用。這60臺不合格的渦噴-6發(fā)動機交付空軍使用不久便暴露出了嚴重的質(zhì)量問題,致使裝備這批發(fā)動機的殲6戰(zhàn)機全部停飛,而且還差點造成了機毀人亡。當(dāng)時全軍的殲6戰(zhàn)機也幾乎全部停飛進行質(zhì)量排查。雖然這批發(fā)動機前后陸續(xù)返廠維修,但直到1961年初仍沒有生產(chǎn)出一臺合格的渦噴-6發(fā)動機,對當(dāng)時的中國國防安全造成了重大的影響。
針對這種反科學(xué)現(xiàn)象,1960年,中央軍委對沈航發(fā)廠進行全面質(zhì)量整頓,并對渦噴-6發(fā)動機進行重新試制。在中央強有力的干預(yù)下,沈航發(fā)廠上下組織相應(yīng)人員對渦噴-6的制造工藝、檢驗規(guī)章進行系統(tǒng)的改進完善,工廠重新回到正軌上來,試制工作得到了順利的開展。到1961年10月,重新試制的渦噴-6發(fā)動機通過了全壽命試車考核,通過了國家提出了所有技術(shù)要求,隨即轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn),當(dāng)年即交付了72臺,保證了殲6戰(zhàn)機的正常作戰(zhàn)要求。
類似于“大躍進”這種政治因素的影響雖得到排除,保證渦噴-6發(fā)動機正常發(fā)展軌跡。但這種類似的政治因素卻與中國航空發(fā)動機工業(yè)相伴了很長一段時間,猶如噩夢一樣在以后數(shù)十年里影響中國航空發(fā)動機的健康發(fā)展,直到近期這種政治因素在經(jīng)過多次的碰壁后,相關(guān)高層才有所覺悟,沒有干預(yù)科學(xué)的客觀發(fā)展規(guī)律??梢哉f中國航空發(fā)動機工業(yè)的長期落后,政治干擾是一個重要的負面因素之一。
1965年,因國防發(fā)展需要,南昌飛機制造廠在殲6戰(zhàn)機的基礎(chǔ)上改進上馬強5強擊機的研制工作,對渦噴-6發(fā)動機的需求量也有了較大的增加。沈航發(fā)廠的產(chǎn)量負荷達到了頂峰。于是成都航空發(fā)動機廠從1962年3月開始渦噴-6發(fā)動機的試制生產(chǎn)工作。1963年1月正式開始批量生產(chǎn),大大滿足了國防需要。需要特別指出的是,渦噴6發(fā)動機是依據(jù)蘇聯(lián)的發(fā)動機資料仿制的產(chǎn)品,雖解決了大量的技術(shù)難題,加快發(fā)動機的問世。但蘇聯(lián)發(fā)動機所存在的一些缺陷也同時存在,最主要表現(xiàn)為翻修壽命短,只有短短的100小時。這對生產(chǎn)廠家和軍隊使用、后勤維護造成的壓力相當(dāng)大。軍隊不能進行長時間的飛行訓(xùn)練。生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)、維修能力有限,不能及時翻修發(fā)動機、軍隊后勤疲于奔命。這構(gòu)成當(dāng)時中國軍廠日常發(fā)展的急需解決的矛盾。
為此中央決定組織相關(guān)攻關(guān)工作,進行大量的試驗改進。1965年,采用41項技術(shù)改進措施的新渦噴-6發(fā)動機通過了試車試驗。發(fā)動機的翻修壽命提高到200小時。但因基礎(chǔ)實力太過于薄弱,發(fā)動機的渦輪盤、火焰筒等大的技術(shù)缺陷并沒徹底地解決,只解決了技術(shù)難度相對較低的。這使日后的使用過程中再次出現(xiàn)重大一系列事故。發(fā)動機的返修時間又下降到了100小時。
在困難面前,中國的科技人員并不退縮,迎難而上。1970年,沈航發(fā)廠對第一次延壽失敗進行了深度技術(shù)攻關(guān),利用合氣膜氣焰筒、浮動式防熱屏等20多項技術(shù),重點解決渦輪盤和火焰筒的兩個部件產(chǎn)生的問題,徹底解決渦噴-6發(fā)動機壽命短的問題。從1973年開始,新生產(chǎn)的渦噴-6發(fā)動機翻修壽命全部達到了200小時的設(shè)計要求。
1984年,沈陽航空發(fā)動機公司(由原來的沈陽航空發(fā)動機廠和沈陽航空發(fā)動機研究所合并而成)將北航研究生高歌發(fā)明的沙丘駐渦穩(wěn)定性理論應(yīng)用在渦噴-6發(fā)動機的加力燃燒室火線穩(wěn)定器上,起到了加力接通可靠、燃燒穩(wěn)定的效果。徹底解決飛行時有致命危害的振蕩火焰現(xiàn)象。同時使發(fā)動機的推力增加了2%,油耗下降了1.5%,發(fā)動機的整體性能有了很大的提高。
渦噴-6發(fā)動機由成都、沈陽兩個生產(chǎn)廠家大量生產(chǎn),不僅滿足中國國防需要,同時還隨同大量殲6、強5戰(zhàn)機出口他國,滿足國外用戶的需要。
根據(jù)資料統(tǒng)計可知,渦噴-6發(fā)動機共生產(chǎn)了7000臺左右(包括國內(nèi)使用及外銷),是中國生產(chǎn)數(shù)量最多的一款航發(fā)。作為規(guī)模達到數(shù)千架殲6戰(zhàn)機的心臟,渦噴-6發(fā)動機為中國海空軍的建設(shè)、國家的安全,做出了不可磨滅的貢獻。
第三個“瓢”——渦噴-7發(fā)動機
建國初期,中國通過從蘇聯(lián)引進米格-15、米格-17第一代戰(zhàn)機迅速建立起一支強大的空軍,而隨著當(dāng)時典型的第二代戰(zhàn)機米格-21的引進、消化,中國空軍作戰(zhàn)能力有著質(zhì)的提高。當(dāng)然,伴隨米格-21進入中國的P-11φ-300發(fā)動機(英文為R-11F-300)對中國航發(fā)的發(fā)展有著重要的意義。中國經(jīng)過對P-11φ-300發(fā)動機的仿制,使中國的航空發(fā)動機實現(xiàn)了從單轉(zhuǎn)子向雙轉(zhuǎn)子的跨越,從一定程度上縮短了與世界水平的差距,并為以后中國航空發(fā)動機的改進改型以及研制新型航發(fā)奠定了堅實的人才、物質(zhì)基礎(chǔ)。
根據(jù)蘇聯(lián)提供的P-11φ-300發(fā)動機資料仿制的國產(chǎn)版渦噴-7發(fā)動機主要用于中國當(dāng)時研制的2倍聲速的殲7戰(zhàn)機。渦噴-7發(fā)動機性能較渦噴-6有著很大的提升,其最大推力為38.2千牛,加力推力為55.9千牛,分別比渦噴-6提高了50%和77%,并且為軸流式雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),帶有6級低壓氣機和二級渦輪組成高壓和低壓兩個轉(zhuǎn)子。
1965年,渦噴-7發(fā)動機的研制工作全面展開。由于有了渦噴-5、渦噴-6發(fā)動機的研制經(jīng)歷及相關(guān)設(shè)施的完備,試制工作進展十分順利。同年10月,第一臺樣機裝配完成,然后是長達一年多的試車,測試其性能設(shè)計。1966年12月通過技術(shù)鑒定,開始批量生產(chǎn)。
60年代末,由于沈陽航發(fā)廠生產(chǎn)任務(wù)過于繁重,以及國家三線建設(shè),國家決定將渦噴-7轉(zhuǎn)由貴州發(fā)動機廠生產(chǎn)。貴發(fā)廠雖從1965年就開始建設(shè),但接到渦噴-7研制工作時的1968年還沒完全建設(shè)完畢,但貴發(fā)廠全體員工迎難而上,毅然承擔(dān)起渦噴-7的試制任務(wù)。第二年完成全部工作,1970年通過了全壽命試車考核,具備批量生產(chǎn)的能力。
在渦噴-7試制過程中,貴發(fā)人那股迎難而上、堅忍不拔的精神起著十分重要的作用。在近乎苛刻的科學(xué)面前,人的精神意志也不能起著決定作用。受當(dāng)時國內(nèi)技術(shù)條件限制,渦噴-7在設(shè)計制造上存在許多不足之處。在裝機使用中多次出現(xiàn)了I級壓氣機葉片顫振折斷等多種技術(shù)故障,嚴重威脅殲7戰(zhàn)機的飛行安全。堅韌的精神意志雖不能決定科學(xué)的發(fā)展走向,但卻可以促進其細節(jié)的發(fā)展完善。貴發(fā)人在困難面前,從未退縮,集中力量,全體技術(shù)人員對渦噴-7發(fā)動機的故障進行相應(yīng)的技術(shù)攻關(guān),并采取多達25項的改進措施,到1979年逐一解決了所出現(xiàn)的多種問題,大大提高了渦噴-7發(fā)動機的性能及質(zhì)量水平。
這次渦噴-7細節(jié)的完善工作,不但彰顯了貴發(fā)人的那種不怕困難、堅忍不拔的高尚精神品質(zhì),更重要的是通過這些完善工作,著實充實技術(shù)人員對渦噴-7發(fā)動機的認識,進而全面吃透了渦噴-7發(fā)動機的技術(shù)特性,鍛煉了一支敢打敢拼、技術(shù)全面的人才隊伍。這為后來渦噴-7的改進改型成功奠定了最為關(guān)鍵的技術(shù)基礎(chǔ)。這支優(yōu)秀隊伍在隨后的5年里,對渦噴-7發(fā)動機的潛力進行深入挖掘,設(shè)計出了兩種成功的渦噴-7發(fā)動機改型:渦噴-7甲、乙。
渦噴-7甲發(fā)動機
早在渦噴-7發(fā)動機國產(chǎn)化剛開始時,1964年國家就下達了自行研制一款高空高速殲擊機的任務(wù),并指定由沈陽飛機廠承擔(dān)設(shè)計工作,這就是后來中國第二代主力戰(zhàn)機殲8戰(zhàn)機。在那個戰(zhàn)機發(fā)展年代,講究高空高速、高爬升率并增加航程的技術(shù)思潮。戰(zhàn)機的動力必須采用推力大、耗油率低的動力裝置來保證。為此,提出了兩種方案可供選擇,一種是全新的單臺12噸級的發(fā)動機;另一種是采用雙發(fā)設(shè)計,使用2臺改進型渦噴-7發(fā)動機。針對這兩個方案,軍隊高層認為如果全新設(shè)計一款大推力發(fā)動機來達成目標(biāo),周期太長,研制風(fēng)險太大,無法滿足殲8戰(zhàn)機的研制進度。而采用2臺渦噴-7改進型發(fā)動機則最為穩(wěn)妥。
綜合當(dāng)時中國的科技水平及渦噴-7發(fā)動機的技術(shù)基礎(chǔ),若想強行提升渦噴-7推力,最為可靠的辦法就是提高渦輪前溫度。這也是當(dāng)時國際上提升發(fā)動機推力最為簡單又最為適用的辦法之一。但隨著渦輪前溫度的提升,會造成渦輪冶煉的強度及承受能力直線下降。因此,解決這對矛盾成為渦噴-7改進型能否成功的關(guān)鍵所在。
1965年5月,渦噴-7國產(chǎn)化剛開始不久,渦噴-7甲的研制工作便已啟動。為了解決渦輪葉片溫度升高后性能下降的關(guān)鍵因素,貴發(fā)廠決定把發(fā)動機的渦輪葉片由實心改為空心,引入低壓冷空氣對葉片進行強制冷卻,從而增強了葉片的耐高溫能力,以達到提高渦輪前溫度的目的。這項技術(shù)在當(dāng)時國內(nèi)還處于研究階段,國外也只有幾個航空強國才剛完成試驗階段,且只有美國一家投入使用。中國技術(shù)人員面對困難,多家研究單位及相關(guān)行業(yè),緊密團結(jié),努力配合,克服了當(dāng)時材料、工藝及制造的一個又一個嚴峻考驗,1966年1月第一臺空心渦輪葉片生產(chǎn)完成。2個月后,第一臺裝有空心葉片的渦噴-7甲發(fā)動機完成裝配,4月開始了地面試車,發(fā)動機的各項指標(biāo)全部一次達標(biāo)。發(fā)動機的最大推力較渦噴-7提高了28%,耗油率則下降了13%,完全符合殲8戰(zhàn)機所需要的飛行性能要求??梢哉f,渦噴-7甲的成功研制標(biāo)志著中國是世界上第二個掌握空心渦輪葉片的國家。這為以后中國航空工業(yè)的崛起打下了堅實的基礎(chǔ)。
不過就在渦噴-7甲第一臺樣機試制成功,貴發(fā)廠正準(zhǔn)備向下一個試驗階段沖刺時,“十年浩劫”籠罩全國,后續(xù)研制工作曾一度中止。政治因素再一次腰斬中國航空工業(yè)的崛起,讓中國各行各業(yè)失去寶貴的“黃金十年”。
直到1981年2月,渦噴-7甲才陸續(xù)完成地面調(diào)試、高空樣機試車以及全部的性能試飛試驗。最終于1982年6月投入批量生產(chǎn)。
渦噴-7甲的研制成功,讓中國第一次走完了從設(shè)計、試制、零部件加工及整機地面調(diào)試、高空模擬試驗到最后試飛定型的全過程,標(biāo)志中國航空工業(yè)實現(xiàn)從單純仿制生產(chǎn)到自行設(shè)計改型的根本性轉(zhuǎn)變。渦噴-7甲之于中國航空工業(yè)發(fā)展意義重大。
渦噴-7乙發(fā)動機
貴發(fā)廠在渦噴-7甲設(shè)計定型后又對其潛力進行挖掘,由于制造工藝及材料不過關(guān),渦噴-7甲存在渦輪葉片裂紋和鑄造成品率較低,造成加力燃燒室的溫度過高,導(dǎo)致存在“燒”后機身的問題。貴發(fā)廠通過提高渦輪葉片的強度和鑄造成品率,加力燃燒室增加了三段隔離屏,使壁溫下降了100℃,成功解決了原渦噴-7甲所存在的問題,命名為渦噴-7乙。1978年底首臺渦噴-7乙通過鑒定試車。其加力推力比渦噴-7甲提高了6%,耗油率下降了2%。
渦噴-7乙B發(fā)動機
20世紀(jì)七八十年代,中國殲7大量出口他國,但因發(fā)動機的返修時間、使用壽命及可靠性指標(biāo)相對不高,國外用戶都提出了要求中國改進的要求。1979年,貴發(fā)廠對渦噴-7乙進行進一步的改進。通過十余項新技術(shù)的改進措施,使渦噴-7乙的返修時間由原來的100小時增加到了250小時,可靠性也有了較大的提高。這種改進型最后被命名為渦噴-7乙B型,1981年7月完成全部試驗工作。1982年開始批量生產(chǎn),用于殲7M的配套動力。
第四個“瓢”——渦噴-8發(fā)動機
建國初期,中國通過從蘇聯(lián)引進米格-15、米格-17戰(zhàn)斗機迅速建立起中國的戰(zhàn)術(shù)打擊力量,而隨后引進的圖-16轟炸機則初步建立起中國的遠程打擊力量。當(dāng)然,中國也對圖-16進行全部的仿制工作,被命名為轟6轟炸機。其發(fā)動機PД-3M的資料也提供給中國。國產(chǎn)版PД-3M于1958年開始仿制,命名為渦噴-8。渦噴-8發(fā)動機是當(dāng)時中國研制生產(chǎn)的推力最大的發(fā)動機,也是20世紀(jì)50年代末世界上比較先進的一種噴氣式發(fā)動機,最大推力93千牛,重量為3100千克,直徑為1.4米。
中國為了配合轟6的研制工作,集中當(dāng)時比較有實力的哈爾濱、沈陽、西安三家航空發(fā)動機廠進行聯(lián)合渦噴-8研制工作。但由于三年自然災(zāi)害影響,渦噴-8的研制工作曾一度中斷,直到1963年才重新上馬。同時,為了縮短戰(zhàn)線,研制工作改由西安航發(fā)廠一家獨自完成,沈陽、哈爾濱兩家給予幫助和技術(shù)、物質(zhì)上的支援,從而保證了渦噴-8發(fā)動機的順利研制。
1963年底,渦噴-8發(fā)動機的零部件加工制造工作開始,1965年下半年全面研制工作展開;1967年1月,第一臺渦噴-8發(fā)動機通過國家鑒定、試車,結(jié)果各項性能指標(biāo)完全符合要求,轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。
渦噴-8發(fā)動機的研制成功,掃除了轟6研制工作中最大的障礙,使轟6的研制工作推進十分順利。此后,裝備渦噴-8發(fā)動機的轟6以各種改型直到今日仍為中國??哲娮钪匾倪h程打擊力量。
渦噴-8發(fā)動機雖然研制成功,但其所需要的原材料、毛坯料及各種成品、附件等直到1967年批量生產(chǎn)時仍有50%要從蘇聯(lián)進口,對該發(fā)動機的全部國產(chǎn)化產(chǎn)生不利影響。為此,國家集中全國有關(guān)單位,共同努力,克服種種困難,到1971年,渦噴-8完全實現(xiàn)國產(chǎn)化,基本擺脫對蘇聯(lián)的依賴。
PД-3M發(fā)動機雖然實現(xiàn)完全國產(chǎn)化,但早期的渦噴-8發(fā)動機翻修間隔短,只有300小時,對中國的生產(chǎn)單位和后勤維護造成很大壓力。于是,西安航發(fā)廠對渦噴-8的制造工藝和產(chǎn)品質(zhì)量嚴格把關(guān),著重改進其壽命短的缺點。到1974年,第一次翻修時間已經(jīng)提高到了500小時;1978年,則提高到了800小時。80年代末更是達到了1000小時。進入80年代末期,國家提出了眾多轟6的改型機要求,西安航發(fā)廠采用提高渦輪前溫度及壓氣機結(jié)構(gòu)等措施,研制出了加大推力版的渦噴-8發(fā)動機,最大推力提高到了98千牛,還進一步提高了發(fā)動機的可靠性及安全性。改進后的渦噴-8于1993年開始批量生產(chǎn),滿足了各型轟6改型機的要求。
渦噴發(fā)動機自主研發(fā)“三步曲”
第一步:噴發(fā)-1A發(fā)動機
建國初期,中國航空工業(yè)便制定了“仿制、自主”兩條腿走路原則。在20世紀(jì)50年代,中國經(jīng)過對渦噴-5的成功仿制,對航發(fā)有了深刻而系統(tǒng)的認識,積累了一定的基礎(chǔ),便開始了自行研制渦噴發(fā)動機的嘗試。恰好此時,中國航空工業(yè)正在論證中國的第一代教練機的選裝工作。為此,中國參照渦噴-5的研制經(jīng)驗,試制了一種推力為15.7千牛的小推力發(fā)動機,以用作第一架自行設(shè)計制造的殲教1飛機的動力系統(tǒng),通過實際的設(shè)計及制造過程,達到培養(yǎng)技術(shù)人員及積累經(jīng)驗、提高設(shè)計的目的,并給予噴發(fā)-1A編號。
1957年7月,噴發(fā)-1A研制工作正式展開,由于前期作了充分準(zhǔn)備,僅用半年時間便裝配出第一臺樣機。經(jīng)過20多個小時的試車考核后,性能基本達到了設(shè)計指標(biāo)。1958年7月裝在殲教1飛機上進行了升空試飛,獲得了圓滿成功。證明其設(shè)計是成功的。就在中國航空工業(yè)人對中國第一個“孩子”充滿期盼時,由于部隊的訓(xùn)練體系發(fā)生了變化,殲教1飛機研制計劃被取消,失去使用飛機的噴發(fā)-1A的研制工作也隨之停止。
噴發(fā)-1A的先揚后抑的發(fā)展結(jié)果正走著制約中國航發(fā)走向強大的錯誤道路:型號牽引項目!中國航空人沒有對航發(fā)有長遠的規(guī)劃,只是根據(jù)型號上馬發(fā)動機項目。若沒有型號的牽引,先期付出的項目就會棄之不顧。這與當(dāng)時世界各航空強國的“先期預(yù)研、統(tǒng)一規(guī)劃、目標(biāo)明確”有著明顯的對比。這個弊端長期存在于中國航發(fā)的發(fā)展歷程中,曾不止一次的阻止中國航發(fā)工業(yè)的強大。
噴發(fā)-1A發(fā)動機雖未投入最后的生產(chǎn),但他卻是中國自行研制的噴氣式發(fā)動機邁出的成功第一步,為以后中國航發(fā)的研制生產(chǎn)起到一個很好的示范作用,具有十分重要的意義。
第二步:渦噴-13發(fā)動機
噴發(fā)-1A雖然失敗,但中國并未放棄自主研發(fā)航發(fā),只因基礎(chǔ)薄弱及錯誤的政策引導(dǎo),很長時間都沒有碩果結(jié)出。不過,中國通過渦噴-5、渦噴-6、渦噴-7的成功研制,已經(jīng)積累了一定的實力,對渦噴發(fā)動機技術(shù)有了全面的了解,并掌握了其全部技術(shù)。
進入20世紀(jì)80年代,中國的殲7、殲8戰(zhàn)斗機的研制正進入了沖刺階段,迫切需要高性能發(fā)動機作為其動力系統(tǒng)。而由于當(dāng)時中國性能最好的渦噴-7發(fā)動機并不能滿足其需要(主要表現(xiàn)為穩(wěn)定性和可靠性方面不能滿足軍方需求),最終決定在渦噴-7的基礎(chǔ)上自行研制一款性能更好的發(fā)動機,并命名為渦噴-13。由貴州航空發(fā)動機廠承擔(dān)研發(fā)工作。
作為從渦噴-7基礎(chǔ)上改進而來的發(fā)動機,渦噴-13保留了渦噴-7的成熟技術(shù),并對其缺點用新技術(shù)進行大規(guī)模改進,主要集中在兩方面:一、對發(fā)動機壓氣機進行大幅度改進,提高發(fā)動機的喘振裕度;在低壓轉(zhuǎn)子之間加了軸間軸承,減少振動;同時把壓氣機轉(zhuǎn)子盤和葉片的材料改為鈦合金,既減輕了重量又提高了葉片的工作強度;二、增加較為先進的發(fā)動機控制裝置,以提高發(fā)動機的控制性能,使其可靠性、穩(wěn)定性都有了較大的提高。經(jīng)過諸多改進,渦噴-13的推力提高到43.1千牛,加力推力達到了64.7千牛,分別比渦噴-7提高了50%和15%。發(fā)動機的翻修時間也提高到了350小時。
渦噴-13從1978年開始展開全面研制工作,1980年首批3臺樣機開始進行調(diào)試試車,到1984年先后完成可靠性試車、高空模擬試車、露天臺性能試車及長期試車試驗,測試結(jié)果表明渦噴-13各方面性能均達到了設(shè)計要求。1985年開始裝機試飛,滿足了殲8 Ⅱ戰(zhàn)機的研制進度。
渦噴-13的問世,貴航人并不滿足。1980年在渦噴-13的基礎(chǔ)上又進行深度潛力挖掘,以配合殲8 Ⅱ飛機的定型生產(chǎn)。改進的主要方面是提高發(fā)動機的可靠性和性能指標(biāo)。為減輕發(fā)動機的重量,將2到7級壓氣機的鋼機匣改為鑄鈦機匣,使發(fā)動機的重量減輕了12.9千克;將I級渦輪葉片改為空心冷葉片,對燃燒室和加力燃燒室也作了相應(yīng)的改進。改進后的發(fā)動機的前渦輪度提高了50℃,發(fā)動機的加力推力提高到了64.7千牛。后來經(jīng)過多次嚴格測試,這款改進型渦噴-13A的匹配型號,工作穩(wěn)定,可靠性有了明顯的提升。1991年,渦噴-13A正式進行批量生產(chǎn),成為當(dāng)時最新殲-8 Ⅱ B戰(zhàn)機的標(biāo)配動力。
除了渦噴-13A發(fā)動機之外,貴州黎陽發(fā)動機公司(原貴州航空發(fā)動機廠)還改進了諸多渦噴-13型號,如1984年開始改進的渦噴-13F。渦噴-13F是在渦噴-13A Ⅱ的基礎(chǔ)上將4級渦輪均改為帶冠葉型;為了增加飛機作大機動作時的穩(wěn)定性,將加力燃燒室改用沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器,提高發(fā)動機的工作裕度;渦噴-13F在1993年作為殲7E飛機的配套動力開始投入批量生產(chǎn)。
后來在渦噴-13F的基礎(chǔ)上,對第一級壓氣機重新設(shè)計,并掛載壓氣機的機匣上采用了附面層控制技術(shù);進一步優(yōu)化沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器。該發(fā)動機被命名為渦噴-13F I,于1994年設(shè)計定型。
1993年,在渦噴-13A的基礎(chǔ)上,對壓氣機、機匣、渦輪葉片及加力燃燒室作了重大改進,發(fā)動機的加力推力提高到了68.6千牛,耗油率下降了2.5%,達到當(dāng)初設(shè)計要求。該發(fā)動機被命名為渦噴-13B。該發(fā)動機的各方面性能都是渦噴-13系列中最好的,主要用作殲8 Ⅱ最新型殲8 Ⅱ M飛機的動力裝置。
現(xiàn)在回首渦噴-13系列發(fā)動機的研制,以渦噴-13系列中性能最好的渦噴-13B來說,其性能及技術(shù)基本是中國自行研制最先進的發(fā)動機,但與當(dāng)時國際上普遍采用的大推力渦扇發(fā)動機相比落后的不止是一大截。不過渦噴-13的問世對中國卻有著里程碑式的重要意義。它的研制成功結(jié)束中國不能研制高性能渦噴發(fā)動機的歷史,更重要的是它宣告了中國的航空發(fā)動機工業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了從仿制改型向白行設(shè)計制造的重要轉(zhuǎn)變。這一點,對以后中國航空發(fā)動機工業(yè)的發(fā)展有著劃時代的意義。
第三步:“昆侖”發(fā)動機
進入1980年代,中國通過對渦噴-5、渦噴-6、渦噴-7、渦噴-8及渦噴-13的仿制、自行研制鍛煉后,中國航發(fā)的研制能力有了長足的進步。不但可以生產(chǎn)一大批性能較為先進的渦噴發(fā)動機供軍隊使用,而且還有部分精力展望未來自主研制的航發(fā)。回首中國在過去30年里研制的一系列航發(fā),中國在渦扇發(fā)動機方面屢吃敗仗,毫無建樹,在渦噴發(fā)動機方面建樹倒是頗豐。但是,無論是仿制蘇聯(lián)的渦噴-5、渦噴-6、渦噴-7、渦噴-8發(fā)動機,還有帶著深深自研烙印的渦噴-13,都沒有跳出蘇式航發(fā)的“框子”,有著濃烈的蘇式風(fēng)格,整體水平仍處于20世紀(jì)六七十年代的水平。中國的航發(fā)陷入了“引進-仿制-改進-引進”這個怪圈中,嚴重影響中國軍用戰(zhàn)機的性能同時也制約中國自研戰(zhàn)機強勁“心臟”的能力。因此,能否跳出上述怪圈對中國航發(fā)工業(yè)及軍用戰(zhàn)機的研制具有極為重要的意義。
正是基于這樣的大背景,中國高層決定立足國內(nèi)的技術(shù)、材料、工藝,完全自設(shè)計、研制一款純正的國產(chǎn)渦噴發(fā)動機。
正確指導(dǎo)方針的確立為中國航發(fā)工業(yè)以后的發(fā)展樹立了正確的方向,實際操作中中國航發(fā)工業(yè)的實際情況又促成這個項目的最終成行。
1983年,沈陽航空發(fā)動機研究院耗時18年的渦扇6發(fā)動機因種種原因下馬(其中仍以政治因素占主導(dǎo)作用),設(shè)計隊伍日漸渙散。為了保留住這支寶貴的人才隊伍,1984年,上級決定該所利用渦扇6的預(yù)研成果重新研制一款新的發(fā)動機。這就是后來具有劃時代意義的“昆侖”發(fā)動機。
在“昆侖”發(fā)動機的牽引下,沈陽航空發(fā)動機研究院又恢復(fù)了生機,僅用2年零8個月就完成了樣機制造。1987年項目正式立項,開始進入原型機的研制階段。就在此時對中國軍備發(fā)展有著劃時代的一個標(biāo)準(zhǔn)誕生了。此標(biāo)準(zhǔn)從戰(zhàn)略方向上確立了“昆侖”的發(fā)展方向,也為中國其他軍事裝備的發(fā)展確立了世界級的標(biāo)準(zhǔn)。
從建國開始,中國的軍事裝備發(fā)展長期以來都是師從蘇聯(lián),一切都是以蘇式的粗放式發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn),軍備向來粗糙,不夠精細。雖經(jīng)中國技術(shù)人員的努力改善仍未脫離蘇式的“傻大黑粗”的整體風(fēng)格。而在20世紀(jì)70、80年代,出于共同對付蘇聯(lián)的目的,中國與西方進入了短暫的“蜜月期”。中國通過對歐美軍事裝備有了較為系統(tǒng)的了解,對迥異于蘇式標(biāo)準(zhǔn)的西方軍備標(biāo)準(zhǔn)頗有感觸。于是,中國高層便參考西方軍備標(biāo)準(zhǔn)(主要是美國),結(jié)合中國實際情況,對中國的軍備標(biāo)準(zhǔn)有了革命性的規(guī)劃。經(jīng)過數(shù)年醞釀,1987年中國頒布了全新的國軍標(biāo)GJB241-87“航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機通用規(guī)范”,并強制要求從今以后中國所有的航發(fā)都必須貫徹這一標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)然恰逢此時的“昆侖”也不例外。
由于新的國軍標(biāo)是以美國的軍標(biāo)基礎(chǔ)編寫的,與以前中國遵循的蘇式標(biāo)準(zhǔn)有著很大的不同。因此此前所有對發(fā)動機的設(shè)計試驗標(biāo)準(zhǔn)必須全部推倒從來。其中部分標(biāo)準(zhǔn)可以用苛刻來形容,要全面貫徹起來就當(dāng)時的國內(nèi)基礎(chǔ)條件十分困難。同時,中國又缺少許多必需的實驗設(shè)備。這讓“昆侖”發(fā)動機的研制進度相當(dāng)緩慢艱辛,直到2002年才最終設(shè)計定型,前后經(jīng)歷了18年的時間跨度。在漫長的“昆侖”發(fā)動機研制過程里,先后出現(xiàn)了許多難題:高壓渦輪葉片折斷、高壓壓氣機和低壓壓氣機葉片斷裂、發(fā)動機管路滲漏油、空中潤滑油消耗量過大、艙壁溫度過高、部分加力脈沖、加力點火成功率低、高空大速度喘振停車、高空小速度切斷加力停車等各種重大技術(shù)問題。這些重大技術(shù)問題的出現(xiàn)暴露出中國以前航發(fā)的真實水平。當(dāng)然,水平低的暴露也給中國認清自己的機會,沈陽發(fā)動機公司在眾多困難面前,并不畏懼,反而迎難而上,按照新軍標(biāo)對所有技術(shù)問題逐一攻關(guān)。歷經(jīng)多年的努力,所有出現(xiàn)的技術(shù)問題都最終得到了圓滿的解決,研制工作也順利進入了最后階段,完成了所有實驗任務(wù),最終在2001年12月通過了國家的測試,達到了設(shè)計定型標(biāo)準(zhǔn)。第二年便投入了批量生產(chǎn)。
現(xiàn)在回首“昆侖”的研制過程,雖因新標(biāo)準(zhǔn)實施大大推遲發(fā)動機的交付時間,讓中國軍機始終沒有一顆達到標(biāo)準(zhǔn)的“心臟”而長期落后于人。但極為正確、極富遠見的新標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行,卻實實在在的提高中國研制航發(fā)的能力和水平,更解決了中國航發(fā)長期以來存在的可靠性低、可維護性差、使用壽命短等致命缺陷??梢哉f,從新軍標(biāo)起中國的航發(fā)工業(yè)才真正的跨入科學(xué)發(fā)展的大道上。這也是當(dāng)時中西方“蜜月期”我們的老對手美國給中國最大的貢獻吧!
中國正是通過“昆侖”的摔打,十分扎實地鍛煉出一支技術(shù)扎實、能吃苦耐勞、極富創(chuàng)新意識的航發(fā)設(shè)計團隊。在這個偉大團隊的精心打磨下,不但圓滿地完成了“昆侖”發(fā)動機的研發(fā),更對未來的高峰發(fā)起了新的沖擊。這就是最近傳得最為神秘的中國新型航發(fā)——WS-10“太行”。而對最頂級的第四代發(fā)動機WS-15,根據(jù)傳聞中國也實現(xiàn)了階段性的突破??梢哉f,“昆侖”發(fā)動機的成功研制,對中國的航發(fā)用劃時代來形容是一點也不為過的。
沈發(fā)在“昆侖”定型后為提高其裝備性能,在1號機的基礎(chǔ)上,對外部機匣附件等外部件進行了適應(yīng)的改造。這就是“昆侖”I。后來,在“昆侖”I基礎(chǔ)上,以不損害發(fā)動機的工作可靠性、耐久性和安全工作裕度為前提,通過采用先進技術(shù)來增大發(fā)動機的空氣流量,提高部件的工作效率,減少漏氣及流體損失;進一步降低了耗油率;機體部件上提高鈦合金的使用,減輕了發(fā)動機的重量,提高了推重比,提高了性能。這就是“昆侖”Ⅱ發(fā)動機。該型是“昆侖”發(fā)動機的加大推力型?!袄觥雹虻耐庑纬叽绾驮蜋C一樣,但最大推力和加力推力分別達到了53.9千牛和76.4千牛,最大推力和加力推力時的耗油率則下降到了0.093千克/?!r和0.18千克/?!r,推重比為7。由于“昆侖”Ⅱ發(fā)動機在研制時就考慮到中國大量列裝的渦噴-7、渦噴-13系列發(fā)動機,其安裝方式和外形尺寸都以前兩者為基礎(chǔ)設(shè)計,具有很好的互換性。因此可以很方便的與現(xiàn)役的各型殲7、殲8戰(zhàn)機的動力系統(tǒng)互換,從而使這些“老樹”在新“心臟”的支持下,性能有了一個新的跨越式提升,著實提高中國的整體國防實力。
“昆侖”發(fā)動機為雙轉(zhuǎn)子帶加力渦噴發(fā)動機,采用了帶氣動變化噴嘴的環(huán)形燃燒室、復(fù)合氣冷定向凝固無余量精鑄渦輪葉片、數(shù)字式防喘控制系統(tǒng)及氣膜冷卻等多種先進技術(shù),技術(shù)上達到世界20世紀(jì)80年代水準(zhǔn)。發(fā)動機(基本型)長4.635米,直徑882毫米、重1010千克,最大推力49千牛,加力推力69.6千牛,推重比6.4,加力推力耗油率、最大推力耗油率分別為0.20千克/?!r、0.098千克/?!r,返修時間達到了850小時,總壽命達到了1500小時,總體上達到了國際上20世紀(jì)80年代中期水平。