渦扇-8發(fā)展沿革

渦扇-8歷史背景

航空發(fā)動機是飛機的“心臟”，直接影響著飛機的使用性能、可靠性、經(jīng)濟性、生存力。自從20世紀40年代初誕生以來，燃氣渦輪發(fā)動機，特別是后來出現(xiàn)的渦扇發(fā)動機就一直是航空飛行器的主要動力裝置，并取得了飛速的發(fā)展。處于飛機技術(shù)最前沿的戰(zhàn)斗機的速度已由亞聲速提高到超聲速，又由超聲速發(fā)展到超聲速巡航，同時機動性和敏捷性也顯著提高。為了滿足戰(zhàn)斗機的超聲速巡航能力、良好生存性/隱身性、高機動性與敏捷性和低全壽命期費用等要求，戰(zhàn)斗機發(fā)動機主要追求高性能（高推重比等）、高可靠性、低信號特征、低油耗等。而民用航空發(fā)動機主要追求高可靠性、低油耗、低排放、低噪聲等。軍用運輸機和轟炸機的動力發(fā)展需求與民用航空發(fā)動機的相近，但同時考慮低可探測性等具有軍事用途特征的需求。

美國、英國、法國、俄羅斯和德國等航空工業(yè)發(fā)達國家都高度重視軍民用航空發(fā)動機型號研制和先進航空發(fā)動機技術(shù)的預(yù)先研究工作，成功研制了眾多航空發(fā)動機并在軍民用航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，同時持續(xù)實施一系列先進發(fā)動機研究計劃，開發(fā)和驗證先進航空發(fā)動機技術(shù)，為未來軍民用航空渦扇發(fā)動機研制提供了堅實技術(shù)基礎(chǔ)，并引領(lǐng)世界先進航空發(fā)動機技術(shù)發(fā)展方向 。

渦扇-8起步研制

20世紀50年代初組建的中國現(xiàn)代航空發(fā)動機制造業(yè)，由于基礎(chǔ)薄弱、技術(shù)落后，只能從仿制引進的蘇聯(lián)渦輪噴氣發(fā)動機開始，逐步發(fā)展。而在渦扇發(fā)動機研制上遲遲難以起步。

20世紀70年代初，中國啟動國產(chǎn)大型噴氣式客機運-10的研制項目。渦扇-8（WS-8）發(fā)動機，曾用代號915發(fā)動機，是中國上海研制的運-10飛機的動力裝置，屬前風扇、短外函、軸流式雙轉(zhuǎn)子渦輪風扇發(fā)動機。渦扇-8起飛推力80.07千牛，起飛耗油率54.56公斤/千?！ばr，其性能、壽命等指標在60年代末尚屬較先進的航空發(fā)動機。該發(fā)動機于1972年開始投料試制，至1980年底國家投資1.84億元，共生產(chǎn)3輪計12臺發(fā)動機。在研制中，新建主機廠，改建葉片生產(chǎn)廠，形成有3000余人的航空發(fā)動機研制隊伍，基本走完發(fā)動機研制工作的全過程。1983年6月，上海市航空工業(yè)辦公室召開渦扇8發(fā)動機研制成果總結(jié)交流會，認為已基本具備設(shè)計定型的條件和小批量生產(chǎn)的能力。后因運-10飛機停止研制，發(fā)動機研制也告一段落。在研制過程中，上海市內(nèi)外有60多個單位承擔發(fā)動機本體和配套協(xié)作項目，并大量采用新技術(shù)、新工藝、新材料。成品附件、軸承、金屬材料、非金屬材料和毛坯均立足于國內(nèi) 。

渦扇-8發(fā)動機是運-10的動力裝置，1970年代由成都發(fā)動機廠和上海發(fā)動機廠共同研制。1979年10月定型，基本滿足設(shè)計需要，后因運-10項目下馬而停產(chǎn) 。

渦扇-8任務(wù)下達

國家計委、軍委國防工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)小組于1970年8月27日向上海市正式下達試制生產(chǎn)運輸機的任務(wù)后，9月14日，上海市革委會原則同意為大型客機配套的發(fā)動機制造定在上海第一汽車附件廠。同年12月19日，市工交組正式下達任務(wù)，由汽附一廠承制10臺渦扇8發(fā)動機（包括試車），航空機械廠承制10臺渦扇8發(fā)動機全部葉片。

1971年三機部決定，為運-10飛機和轟炸機配套的渦扇8發(fā)動機的試制，分別在上海和成都兩地同時進行。

1973年6月27日，國務(wù)院、中央軍委批轉(zhuǎn)上海市革委會《關(guān)于研制大型客機的請示報告》和國家計委《關(guān)于上海研究試制大型客機問題的報告》，明確首批試制12臺發(fā)動機，爭取在1977年完成總裝提交飛行試驗。首批12臺樣機的試制，可以采取以上海為主，三機部和航空研究院支援部分發(fā)動機設(shè)計、工藝技術(shù)力量，提供必要的工藝技術(shù)協(xié)作，集中力量，盡快過關(guān)，然后由上海市進行批量生產(chǎn)。至此，渦扇8發(fā)動機由兩地同時研制改為在上海一地進行。

1973年9月29日，根據(jù)三機部關(guān)于渦扇8發(fā)動機圖紙等移交給上海708工程的通知，汽附一廠革委會副主任張龍根與成都航空發(fā)動機制造廠（以下簡稱成都發(fā)動機廠）革委會負責人姜燮生，在成都簽訂《關(guān)于渦扇8發(fā)動機物資交接工作的協(xié)議》。為便于移交和業(yè)務(wù)對口，移交物資分成器材、專用工裝、專用非標準設(shè)備、圖紙、樣機及進口備件等6大類，兩廠派出代表組成6個專項交接小組。至1974年9月4日，交接工作全部結(jié)束 。

渦扇-8組建隊伍

為適應(yīng)研制渦扇8發(fā)動機的需要，市工交組對發(fā)動機研制采取“總裝集中，部件定點，零件擴散，工藝協(xié)作”和“一廠一角，各廠協(xié)作，一廠一件，百廠成線”的原則。從1973年下半年起，組織市機電一局、冶金局、化工局、儀表局等所屬廠、所共65個單位，參加發(fā)動機的研制。同時，市外三機部系統(tǒng)也有10個單位承擔發(fā)動機成品附件研制的協(xié)作配套任務(wù)。

發(fā)動機主機廠是上海航空發(fā)動機制造廠（其前身為汽附一廠擴建部分），主要承擔高壓機匣、燃燒室外機匣、高壓靜子、火焰筒、高低壓壓氣機轉(zhuǎn)子、渦輪轉(zhuǎn)子、擴散機匣、軸承座、放氣機構(gòu)、零組件的制造和發(fā)動機總裝、試車。工作量占全機的60～70%。航空機械廠是生產(chǎn)發(fā)動機葉片的專業(yè)廠，承擔27種葉片的制造。發(fā)動機整體部件的生產(chǎn)定點廠有上海先鋒電機廠、上海電工機械廠、上海油嘴油泵廠、上海汽車齒輪廠等。

至1980年底，發(fā)動機主機的研制人員達3232人。其中工人2062人，技術(shù)人員609人，初步形成了一支民用航空發(fā)動機的設(shè)計、制造隊伍。經(jīng)過多年的研制生產(chǎn)實踐，基本掌握了渦扇-8發(fā)動機的研制技術(shù) 。

渦扇-8基本建設(shè)

為適應(yīng)研制渦扇8發(fā)動機的需要，在發(fā)揮原有潛力的同時，以擴建為主，新建為輔，有重點、有選擇地進行改造，經(jīng)批準擴大初步設(shè)計的共6個單位。其中新建航空發(fā)動機主機廠，其余均為充分利用原有基礎(chǔ)改造擴建?；ㄙM用為4661.99萬元，竣工面積64519平方米，安裝金屬切削設(shè)備565臺，發(fā)動機工廠的建設(shè)初具規(guī)模。

建設(shè)主機廠

航發(fā)廠是為運10飛機配套研制渦輪風扇噴氣發(fā)動機而建立起來的航空工廠。該廠原為汽附一廠的擴建部分，后劃出單獨建廠。

上海汽附一廠于1970年12月承接試制渦扇8發(fā)動機的任務(wù)后，經(jīng)過調(diào)研，提出征用廣中苗圃土地的申請。1971年11月20日，市城建局同意將小型射擊場及廣中苗圃土地共64.17畝劃給汽附一廠，工廠的基本建設(shè)從此開始。

該廠建設(shè)初期沒有總體規(guī)劃。當時按照上海市提出的“先生產(chǎn)、后生活”的原則，第一個建設(shè)項目為工具制造車間，于1972年2月20日破土動工，建筑面積2688平方米，投資30.32萬元。隨著研制任務(wù)進展的需要，市城建局根據(jù)工廠的申請，又于1973、1974年批準征地22畝和65.42畝。1974年8月24日，工廠完成基本建設(shè)的擴大初步設(shè)計，其規(guī)模為占地151.59畝，建筑面積4.03萬平方米，新增金屬切削設(shè)備258臺，總投資3500萬元。1974年下半年，應(yīng)汽附一廠的請求，市委組織部商請三機部從部屬哈爾濱、沈陽、成都、西安等航空發(fā)動機廠調(diào)入專業(yè)技術(shù)人員74人。為集中力量加快發(fā)動機的研制步伐，1978年7月6日，上海市708工程辦公室決定，將汽附一廠廣中路600號新廠部分劃出單獨建廠，定名上海長征機械廠。1979年12月，市工交組決定工程緩建。至此，工廠大規(guī)模的建設(shè)停止。

在整個基本建設(shè)中，共建成機械加工、沖壓與焊接、機修、熱處理與表面處理、總裝與試車等5個車間。較為重大的項目為：發(fā)動機總裝車間，建筑面積6258平方米，裝有2次/小時全室換氣通風裝置，具有采暖、密封、防塵、采光好的特點，按設(shè)計要求能年總裝渦扇8發(fā)動機50臺。發(fā)動機地面室內(nèi)試車臺，為15噸級發(fā)動機懸掛式臺架，設(shè)有快速接管箱、可升降平臺、發(fā)動機起吊架和鎖緊插銷等，均由液壓傳動，通過電鈕操作控制。該臺架能進行發(fā)動機長期試車和定型試車，為國內(nèi)首座懸掛式渦輪風扇噴氣發(fā)動機室內(nèi)試車臺。大型機械加工車間廠房，面積8043平方米，3個縱跨分別設(shè)有3～5噸起吊行車，共布置國產(chǎn)和進口切削機床167臺，基本形成生產(chǎn)發(fā)動機轉(zhuǎn)子、靜子和中小零、組件，年產(chǎn)12臺套的能力。

工程配電總?cè)萘?0370千瓦，配置容量2O立方米/分的壓氣機4臺，蒸氣4噸/小時的鍋爐3臺，各類機械設(shè)備1057臺（套）。其中金屬切削類287臺，沖壓類29臺，焊接類43臺，試驗機類61臺等。

至1980年止，工程投資2846.2萬元，占計劃投資的81.3%，完成建筑面積44079平方米。按擴大初步設(shè)計25個項目統(tǒng)計，已竣工20個項目。1980年后，繼續(xù)完成未竣工的項目，建設(shè)進度滿足渦扇8發(fā)動機研制的需要 。

改建航空機械廠

航空機械廠原是上海航空電動機構(gòu)制造廠。1970年12月19日起，承擔渦扇8發(fā)動機全部葉片的加工任務(wù)。當時工廠由學(xué)校改建不久，生產(chǎn)條件較差，根據(jù)“邊研制、邊建設(shè)”的方針開始擴建。1972年5月，在擴大初步設(shè)計未進行前，電解加工車間、總配電間、空壓房和鍋爐房、動力站等已開工建設(shè)，計建筑面積1365平方米，于1974年3～10月陸續(xù)建成。

1974年，工廠完成擴大初步設(shè)計任務(wù)書，并經(jīng)市工交組批準。工程主要指標為：總投資750萬元，廠房建筑面積9600平方米，金屬切削設(shè)備135臺。后又于1978年批準追加計劃投資4萬元，金屬切削設(shè)備3臺，1979年批準增建職工宿舍2000平方米。

這次擴建增建了電解加工、渦輪葉片加工、精密鑄造、鍛造和表面處理等5個主廠房。另有動力站等配套設(shè)施共9項。精密鑄造和鍛造是生產(chǎn)葉片毛坯的車間，主要設(shè)備有25公斤真空熔煉爐、200公斤熔煉爐、50公斤硅整流非真空熔煉爐和100噸米高速錘等。電解加工和渦輪葉片加工廠房組成渦輪導(dǎo)向葉片機械加工車間，主要設(shè)備有電解機床、直徑1600毫米立車和直徑500×5000毫米車床等大型設(shè)備。理化試驗室已投產(chǎn)的項目有：X線探傷、超聲波探傷、高溫持久試驗、高溫拉伸試驗、低溫試驗、金屬化學(xué)分析、非金屬化學(xué)分析、金相分析、氣體分析、光譜分析和鹽霧試驗等。

由于擴建初期未嚴格按照基建程序辦事和受計劃投資額的限制，造成各動力站容量不足和部分土建及設(shè)備項目的缺漏現(xiàn)象。工廠采取補充設(shè)計和爭取其它資金來源等措施進行彌補，擴建了空壓站，補建了煤氣表房、污水處理房和電解液池棚屋等，購置安裝200公斤熔煉爐和自制100噸米高能高速錘等大型設(shè)備，并充實了理化試驗設(shè)備。

經(jīng)過1972～1980年的建設(shè)，共完成基建投資749.97萬元，新建廠房建筑面積9613平方米，職工宿舍1868平方米，新增金屬切削設(shè)備138臺，其他設(shè)備219臺（套）。經(jīng)擴建后基本形成年產(chǎn)渦扇8發(fā)動機27種葉片10臺套的生產(chǎn)能力。其他14種葉片因系擴散廠生產(chǎn)，未形成生產(chǎn)能力 。

渦扇-8發(fā)動機的研制成功，得到國外有關(guān)人士的關(guān)注和好評。1984年5月27日，美國克利夫蘭州立大學(xué)（CLEVELAND STATE UNIVERSITY）工學(xué)院副院長、教授張君毅（GEORGEC.CHANG）到航發(fā)廠參觀，稱贊上海能造出這樣的發(fā)動機很了不起。1985年上半年法國國營飛機發(fā)動機研究制造公司（SNECMA）國際部發(fā)動機經(jīng)理柏拉圖諾夫（AR－MANDPI－ATONOFF）參觀發(fā)動機時，也感到十分驚奇，并對每一個零備件仔細辨認，看是否混有美國制造的部件，并說：“知道得這么晚，太可借了。”1985年5月23日，美國通用電器公司（GENERAL ELECTRIC COMPANY）航空發(fā)動機分部副總裁克萊勃司（KREBS）到航發(fā)廠參觀時說：“你們在10年前能完成這樣一臺十分復(fù)雜的發(fā)動機，的確是一個偉績。即使在今天看到它，也給我留下了極深刻的印象 。”

渦扇發(fā)動機先進控制內(nèi)容簡介

《渦扇發(fā)動機先進控制》的作者是理查特。

《渦扇發(fā)動機先進控制》： 第1章引言：在假設(shè)讀者了解熱力學(xué)變量的條件下，回顧了解釋燃氣輪機工作 過程的熱力學(xué)原理；介紹了真實發(fā)動機部件、發(fā)動機 工作過程及關(guān)鍵的定量性能度量指標；討論了安全性和工作限制，包括喘振與失速 現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述。

第2章發(fā)動機模型和仿真工具：簡要回顧了發(fā)動 機動態(tài)特性，目的是提取用作設(shè)計基礎(chǔ)的線性化模型；介紹了由NASA格林研究中心 開發(fā)的民用模塊化航空推 進系統(tǒng)仿真（CommercialModularAeropropulsionSystemSimul ation，CMAPSS）軟 件包。

第3章傳統(tǒng)發(fā)動機控制方法：回顧了經(jīng)典單輸入 單輸出設(shè)計技術(shù)（根軌跡和頻域回路成形），并將其應(yīng)用到風扇轉(zhuǎn)速控制問題中， 這里將燃油流量用作控制輸入。

同時還介紹了一種模型匹配設(shè)計方法，并作為工具用 在了CMAPSS中。仿真算例說明了采用固定線性補償器的不足之處。

渦扇發(fā)動機先進控制作者簡介

作者：（美國）理查特（Hanz Richter） 譯者：覃道亮 王曦