
歼10A前期型号用的是俄罗斯的AL-31FN(俄),改进型歼10B用的我国根据俄制发动机改进的WS-10A/B(中)。
WS-10结构特点:
ws 10 (涡扇十)的结构特点为:进气道为环行,三级轴流式风扇,压力比为3.5。十一级轴流式风扇压力比为12,效率为0.89。燃烧室为短环型,无烟燃烧,具有均匀的出口温度场。高压涡轮为单级轴流式,高压涡轮的转子和静子叶片可以单独更换,效率为0.91。低压涡轮为两级轴流式,涡轮叶尖带冠,低压涡轮的转子叶片可以单独更换,低压涡轮的静子叶片分段更换。加力燃烧室为AL-31F的缩小型,用盘旋型混合器使内、外涵气流有效混合,整个工作范围内温度上升平稳。尾部喷管由AL-31F发动机改型而来,喷口面积由液压动作筒和作动环来进行控制。
在高性能推进系统初期发展计划的指导下进行的。经过几年的努力,3个关键工程上的挑战呈现出来:七级高压压缩室,带空气爆炸喷雾器的短环状燃烧室,及空气薄雾冷却涡轮转子叶片。
ws-10发动机主要性能:空气进量100kg/sec,涡轮前温度1700-1750k, 加力风扇的性能的一些主要数据如下:高、低转子的转速分转别是13 kr/min,16.2 kr/min,涵道比0.5,?增压比30,323 m/s和334 m/s,空?流量M=100 kg/s,主燃烧室及加力燃烧室供油量分别2.6 kg/s,2.85 kg/s。最大推力75kn,加力最大推力125kn
AL-31F发动机,其性能是优良的,具有明显优势。
(1)尺寸小,推力大。其涡轮具有有效的冷却系统和良好的热力学特性;压气机增压快速,发动机结构紧凑,保证飞机有较高的推力和良好的机动性。
(2)稳定性高。可使用在苏-27飞机的各种飞行高度和速度下,即使飞机在以M2的速度进入平螺旋、直螺旋、翻转螺旋和进气道喘振的情况下,发动机工作仍然极其稳定。喘振消除系统、空中自动点火系统、主燃烧室和加力燃烧室的再次启动系统等可保证在使用机载武器时动力装置的工作可靠性。
(3)维修简便。该发动机采用单元体结构,由14个单元体组成,因此,如果出现某些损坏,不需要全部更换,只替换下有故障的单元体即可。这样,在使用条件下进行发动机维修时,可更换其中的6个单元体。
(4)使用寿命长。AL-31F可根据其技术状况而使用,只要发动机还正常,就可以一直使用下去,而现代化水平的诊断设备可保证飞行安全。但其使用寿命也有一个限度,一般认为该发动机第一次维修前的使用寿命可达1000h,总使用寿命应该不少于10年。
歼-10战斗机(英文:J-10或F-10,北约代号:火鸟(Firebird),是中国中航工业集团成都飞机工业公司从20世纪80年代末开始自主研制的单座单发第四代战斗机。该机采用大推力涡扇发动机和鸭式气动布局,是中型、多功能、超音速、全天候空中优势战斗机。中国空军赋予其编号为歼-10,对外称J-10或称F-10。
性能参数
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。
看完这一段采访,感觉前一阵子高兴得太早了,总以为太行出来得晚,设计时可以“站在巨人肩膀”上,有AL31和美国某型发动机的实物用参考,用的又是美军标准,所以各项性能应当比AL31都高才对,没想到在试飞员看来,居然还是AL31FN要比太行强一些。虽然在推重比和最大加力推力等方面太行略占优势,但是看得出,在几个平时不起眼,但却相当重要的方面,太行还是没法跟毛子货比。地面启动时间影响战机紧急时出动的速度,加速性影响战机机动性,风车启动下限速度太大,意味着战机发生空中停车时,再次启动发动机的时间和机会较小,如果高度再稍微低一些,就彻底歇菜了。太行的600公里/小时和AL31FN的450公里/小时,差距很明显。至于可靠性,太行目前恐怕目前根本无法跟20多年前就已投入使用的AL31相比。据信,歼11为此准备先采用混装太行和AL31的办法(两种发动机重量不同的问题只能靠加配重的方法解决),就算一边发动机出了问题,也能用另一边的飞回来。
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。