涡扇发动机系列

开篇之作――涡扇-5发动机

在20世纪60年代初，中国经过十余年的发展，各行各业都步入正轨，一切都向国富民强发展。当时空军装备涡喷-5发动机的轰5轰炸机已大批量进入空军服役。经过多年使用，涡喷-5的性能逐渐落后，严重制约轰5这个“老兵”性能的发挥。空军迫切希望能用性能更好的发动机来改装轰5，让这棵“老树”能够开出“新花”。当时中国的航 ツ空工业最好的产品涡喷-5、涡喷-6、涡喷-7都不堪重用。国家希望能研制一款新型发动机。当时涡扇发动机已成为未来航发的发展方面，各国都加紧研制各自的第一代涡扇发动机。中国有关单位，审时度势，结合军方意见，决定上马涡扇发ว动机。希望能赶上世界航发的脚步。中国在涡扇发动机的研究方面与国际同行站在同一起跑线上，跟上了时代步伐。

涡扇-5前后试制了11台样机，在超、跨声速风扇设计、压气机可调叶片技术和叶片调节器等关键技术上有着突破性的进展。不过就在涡扇-5即将完成全部技术定型之时的1973年，世界上的主要涡扇发动机都基本投入使用，RB199、F100、F110、F404、AL-31F、RD-33这些直到现在仍为主要空军强国主力战机的动力装置都基本进入批量生产阶段。与上述涡扇发动机相比，中国的涡扇-5毫无优势可言，落后许多。但涡扇-5上取得众多新技术在以后研制的多种发动机上得到了广泛的应用。这也让进入历史尘埃中的涡扇-5为中国航发崛起作出了最后的贡献吧！只不过涡扇-5的终止研制使中国航发设计的涡扇发动机装备使用推迟了近30年，让国人扼腕叹息不止。也又一次印证型号牵引项目方式的失败。

涡扇-6发动机

可就在整个沈发所对涡扇-6充满憧憬之时，20世纪80年代初期，中国的国际环境发生了变化。以前对中国执行严格封锁的西方国家对中国敞开军售大门。英国罗・罗公司的“斯贝”发动机进入了国家高层的视线，引进工作也进入实质性阶段。同时，中国在见到西方的先进军事装备后，认识到就算当时中国的歼9、强6研制出来也还落后于当时欧美、苏联的第三代战机。再加当时中国空军军事装备体系的变化，在20世纪80年代初期，歼9、强6战机相继下马。作为战机配套动力的涡扇-6失去了使用对象，1983年7月涡扇-6发动机的研制工作全面停止。1984年初，研制计划被全部取消。

涡扇-6的下马，让沈发所欲哭无泪，十余年的心血就这么尽付东流。更要命的是涡扇-6发动机不但性能优秀，且很有发展前途，若能研制成功完全可以扭转中国在航空工业方面一直与世界先进水平的差距。涡扇-6发动机的失败再次反映出当时中国航发工业方面存在种种的弊端：高层管理的失误、决策的非科学性、研发的急功近利。当然除了这些主观因素之外，基础薄弱这一客观现象也不容回避。

万幸的是当时高层在终止涡扇-6发动机项目后，为了保留中国在航发工业的最后血脉，决定由沈发所接手研制“昆仑”涡喷发动机，延续了那颗自强不息的宝贵火种。这颗火种在21世纪终成“燎原”之势，支撑中国航空工业的强势崛起。

涡扇-9“秦岭”发动机

前文提到的中国涡扇-6发动机下马原因中，英国的“斯贝”发动机是其中的主要原因之一。那么“斯贝”发动机究竟是何方神圣？对中国的航发工业究竟起着怎么样的作用？

客观点讲，“斯贝”发动机在当时西方众多涡扇发动机中，其整体性能只属中等水平，并不拔尖，但相较于中国的涡喷发动机，仍具有推力大、耗油率低、可维护性好、使用寿命长等特点，是中国任何一款航发都比不上的。可以说，“斯贝”发动机是当时罗・罗公司在世界航发市场上一款星光四射的招牌产品之一。

进入20世纪70年代，中国的航发工业受到“文化大革命”的影响，这个时期生产的航发质量明显下降，性能与当时国际先进水平有着很大的差距。最后在周总理的强有力干预下，着力整顿航发工业才保证现阶段研制生产的航发产品质量的要求，并考虑利用与西方缓和的关系，从国外引进先进的技术产品。

自新中国成立以来，西方对中国一直保持敌对状态。进入20世纪70年代，双方关系虽有缓和，但若想从西方航空强国引进先进航空发动机仍有相当大的难度。直接引进先进军用型航发的可能性更小。为此，中国制定了先引进民用涡扇发动机，然后在此基础上发展出自己的军用型涡扇发动机的方针。

英方专家组对西发厂进行十分详细的考察，给出了相当详细的建议书。相当详细的说明了制造各种零件所需设备。这也让国人对“斯贝”的试制和生产难度和工作量有了第一次的认识。

刚开始的技改方案曾提出请罗・罗公司来帮助西发厂进行，甚至考虑请英方来总承包整个技改方案，包括厂房建设和设备采购。因此，英方曾派出小组数次来华。但在较深入低进行研究时，英方要求中国提供西发厂的详细资料，包括平面布置、地质水文等资料。同时初步开出了一个天文数字的预算。这样委托外商主办的技改方案只好放弃，确定自己来办。

1978年春节刚过，工作组就研究技改方案。技改的内容主要有两个：一是要建设一些新的精铸厂房、精锻厂房、数控加工厂房、点解加工厂房和部分实验室；二是按照英方建议书中的要求购买各种设备，包括精铸、精锻两方面的全套设备；各类金属切削机床、焊接和热处理设备、计量仪器和理化测试仪器等。

按照部里要求，技改工作组用了大约2个月的时间对英国“斯贝”发动机有关的生产现场进行了考察。每到一处都是先参观车间生产现场，由英方技术人员向我们介绍各类零部件所用的设备以及他们在使用这些设备中的经验和问题，再由我们提问讨论。

随着工作组在英国考察学习的推进，国内也组织大量人力对引进的技术资料进行详细的翻译核对，对生产工艺制造方面也给予了很大的帮助。并为工厂的设备改造划拨了专项资金。同时对工厂的加工生产装配工艺进行了大量的改进。根据工作组的意见，引进了一大批性能先进的生产加工设备，从而使西发厂的发动机制造水平达到了世界20世纪70年代中期的先进水平，缩短了中国航空发动机制造业与世界先进水平的差距。好的基础实施的建设使随后的生产装配工作得到了较为顺利的进行。

俗话说得好：良好的开端是成功的一半！但这对涡扇-9却不是。就在涡扇-9的研制工作紧张进行时，其所配套飞机的研制又一次出现了问题。以致使耗费巨资引进的“斯贝”发动机生产线长期处于停产及闲置状态，也使中国自制涡扇发动机的梦想再次面临中途夭折的命运。不过，中国有句古话：事不过三！中国航空工业经历了涡扇-5、涡扇-6的两次失败，这次上天没有再和中国人开玩笑。随着中国国防战略⌘的调整，曾经被空军放弃的歼轰7飞机项目被海军看中。1984年，海航出资复活了“飞豹”项目，并被列为国家重点项目，加快了研制进度。为其配套的涡扇-9发动机的研制工作也得以再次启动。

随着“飞豹”研制生产的顺利进行，当年引进的数十台“斯贝”MK202发动机立即被运用到第一批生产的飞机上。海航经过系统化的测试后，对“飞豹”相当满意，要求西安飞机制造厂扩大生产规模，并根据实际使用情况对“飞豹”进行了适当的改进。

随着“飞豹”的大批量生产，“斯贝”发动机一扫多年不被重用的蹉跎，准备大干一场时，却因“斯贝”国产化没有完成，不能提供批量装备。这时候，有关方面才如梦初醒，从20世纪90年代初期大抓“斯贝”国产化工作，标志着涡扇-9发动机进入了一个全新的阶段。

然而，远水解不了近渴。为满足海军的装备需求，西飞又不得不向英国购买“斯贝”发动机，以为急需。不过英国的“斯贝”发动机已经停产，无奈花钱购买退役的“堪修”发动机回国，拼修以应急。如此经历听起来仿若天方夜谭，但确实活活生的存在。让中国航发工业长期存在的各种弊端彻底的暴露在世人面前，让国人深刻认识到战机在航发上所走的弯路，为以后的发展点明了正确的方向，让中国认识到在航发发展中正确的模式，并加以执行。从而为新世纪中国航发的全面崛起埋下了伏笔。可以说，“斯贝”国产化过程中的弯路从另一角度来说促进了中国航发的崛起。

经过西航集团的不懈努力，1995年11月，部分国产化涡扇-9顺利完成了150小时的试车，性能完全符合设计要求。但此时涡扇-9只有70%的国产化率，核心技术仍未完全掌握。因此，从1999年开始，中国再次启动涡扇-9的全面国产化工作。1年后，新涡扇-9在成功完成两次冷气运转后，完成了成功点火；随即开始了150小时的工艺试车。试车结果表明各项性能及技术指标均达到了技术要求。同时，把国产化的涡扇9重新命名为“秦岭”发动机。

我的中国心――涡扇-10“太行”发动机

苏-27战斗机的标配动力AL-31F发动机立刻成为中国突破第三代航发的催化剂，黎明发动机公司（原来的沈阳航空发动机厂改制而来）以AL-31F发动机为标准，结合此时陷于徘徊中的前期研究，立刻突破了涡扇-10发动机的相关技术瓶颈。1993年，终于完成涡扇-10的验证机。

2006年2月24日，《中国航空报》头版刊登中国首台自主知识产权大推力军用发动机涡扇-10定型，正式宣告涡扇-10“太行”发动机成熟定型，进入细节完善阶段。

就在涡扇-10定型前后，中国大量官方媒体对空军5719发动机维修厂进行了大量的表彰报道。文章透露，中国空军成功将俄制AL-31F发动机的寿命从900小时延长至1500小时。那么空军5719维修厂是如何做到的呢？据报道，主要是利用了三项关键技术：高温合金涡轮叶片再制造技术、粉末冶金涡轮盘再制造技术和自动微弧等离子焊接技术。这三项关键技术不但对AL-31发动机的延寿大有裨益，对中国涡扇-10“太行”发动机的成熟也起着关键的作用。

高温合金涡轮叶片再制造技术

粉末冶金涡轮盘

粉末冶金就是将金属原料用超声波冲击成极为细腻的金属粉末，然后在模具中注入粉末进行高温锻造。通过高温高压将粉末压成一个极为致密的部件。此项技术对航发的翻修寿命有着直接关系。

在航发内部的众多的涡轮叶片是安装在涡轮盘上，叶片上的巨大离心力负载最终全部由涡轮盘来承受。同时，涡轮盘前缘和叶片直接接受从燃烧室中被加温加压后的燃气冲击，压力温度最高。而连接在主轴上的内缘的工作温度和压力相对较低（两者相差可达数百摄氏度）。这导致整体涡轮盘的内外缘受热程度不同，变形程度也不同。这种变形一般被称为“蠕变”。

自动微弧等离子焊接技术

所谓等离子就是指在标准大气压下温度超过3000℃的气体。在温度谱上可以将其看作为继固态、液态、气态之后的第四种物质状态。后来，等离子被运用到诸多高科技行业，其中在航发的焊接运用可算得上是技术含量最高之一。等离子焊接原理就是将等离子射流穿过整个焊缝，并形成一个小孔。这个小孔随电弧的前移而闭合，等离子射流经过之处部件被高温熔化，射流经过之后，部件则融为一体。这项技术对航发的整体叶盘制造和风扇氩气机叶片再制造有着不可或缺的关键因素。

中国在研制涡扇-10时的后期接触到了AL-31F发动机。对AL-31F的喘振裕度大、抗畸变能力强的特点深有体会。因此，涡扇-10定会借鉴AL-31F的设计经验。据公开资料显示，涡扇-10在定型不久便开始了一系列的改进计划。据称，改进型的推力可能接近F110-GE-134，达到了155千牛；而在涡扇-10发展时，核心机模式也被中国航发工业定为基本原则之一。因此，性能先进的涡扇-10绝不会被视而不见，中国已将其燃气发生器列为核心机之一。若将来涡扇-10改进为大涵道比、加力型则可满足轰炸机的动力，而大涵道比的无加力型则可用于运输机，甚至是大飞机。可以说，涡扇-10的成功不仅汇集中国航发工业几代人的智慧和心血，也是中国吹响进军航发工业强国最嘹亮的号角。

王者之心――第四代大推力发动机涡扇-X发动机

随着涡扇-10的成熟，歼10、歼11战机的“心脏病”得到彻底解决，中国终于品尝到“工业之花”的迷人芳香。但我们必须看到，虽然中国最近航空工业捷报频传，但仍与西方先进水平仍有着不小的差距。我们必须迎难而上，锲而不舍，迎头赶上才行。

最近“黑丝带”当空飞舞大西南，宣告中国正式跨入隐身战斗机时代。但这个“天王”因“心脏病”的制约，仍落后“猛禽”、“闪电”半个身位。中国若想制造出与“猛禽”匹敌的“天王”就必须制造出能与“猛禽”之心――F119发动机相媲美的第四代发动机。令人欣喜的是中国已正式着手研究第四代发动机了。我们至今不知道第四代发动机的具体性能及编号。为此，笔者在此以西方军备发展之模式为中国的第四代发动机命名为涡扇“X，并通过国际上已有或正在研制的第四代发动机简单对涡扇“X”作构想。

作为F-22“猛禽”战斗机的“心脏”，F119发动机具有高推重比、小涵道比、高总压比、高涡轮进口温度等特点。自问世以来就是第四代航发的标杆。F119由3级风扇、6级压气机、环形浮动壁燃烧室、单级高低压涡轮、加力燃烧室和二元推力矢量喷管构成，具有结构简单可靠、推力大、可维护性和保障性好等特点。以有第四代航发代表的F119发动机为基准，笔者简单的勾勒出中国涡扇-X发动机应具有几个简单的技术点：

一、性能参数

二、结构特点

1、结构紧凑

风扇和压气机的级数明显减少到8～9级；高压和低压涡轮的级数应减少到1+1级；燃烧室应采用短环形燃烧管。

2、结构简单化

通过部件本身和组件设计，降低零部件数量，但可靠性要明显提高。

3、部件要轻质化。

4、部件冷却要高效化。

5、部件结构要耐久化。

三、大量采用先进材料

由于具有密度小和比强度高等固有特性，复合材料在发动机上应用范围越来越大，且比例越来越高。使发动机向“非金属发动机”或“全复合材料发动机”方向发展。

1、树脂基复合材料

凭借比强度高、比模量高、耐疲劳与耐腐蚀性好、阻噪能力强等优点，树脂基复合材料在航发上冷端部件（风扇机匣、压气机叶片和包容机匣等）和发动机短舱、反推力装置等部件上得到广泛应用。

2、碳化硅纤维增强的钛基复合材料

3、陶瓷基复合材料

凭借密度小（仅为高温合金的1/3～1/4），力学性能较高、耐磨性及耐腐蚀性好等优点，陶瓷基复合材料应用于发动机的高温部件（如喷管调节片等）上，并正在尝试应用于燃烧室、火焰筒、涡轮转子叶片、涡轮导流叶片等部件上。

4、大量应用轻质化材料

除了大量应用复合材料外，质量轻和耐高温能力强的钛铝、镍铝等金属间化合物也逐渐应用到发动机上。

时至今日，中国航发工业历经半个世纪的努力，取得了举世瞩目的伟大成就，走过了一条漫长而艰辛的“引进-仿制-改型۵-自主研发”的道路。在一片空白的基础上建立起了一批科研试验基地和可观的生产能力，试制、改型、研制、生产了一大批型号各异的喷气发动机，基本上满足了中国空军部队的战备需要。更重要的是培养和锻炼出了一支具有较强研发能力的科技人才团队，取得了宝贵的实战经验。最终在新世纪初迎来了中国航发工业的黄金年代，进一步缩小与世界先进水平的差距，并为未来中国国防安全及经济腾飞打下坚实的基础。

回首这条漫长的道路，特别是在前40多年的时间里，中国航发工业因政治上、资金上、技术上的诸多因素的制约，一些本可以研制成功并装备部队的发动机型号中途下马，使得中国至今仍未达到世界航发工业的顶尖存在。

改革开放后，随着中国国力的日益提升，中国高层也逐渐认识到航发之于一国的重要性，也认清中国在航发工业发展上所走的一些弯路。与此同时，中国也大量借鉴西方先进航空工业强国的发展经验，对中国航空工业从科学发展的角度进行了富有远见的科学规划。经☂过10多年的不懈努力，新世纪前后十年，中国的航空工业终结硕果：具有自主知识产权的第三代大推涡扇、10“太行”发动机已经定型、涡扇-9“秦岭”发动机实现了全部国产化工作、大飞机项目再次启动、众多性能一流的基础设施相继竣工、与世界最顶尖发动机相媲美的军用大推发动机已完成了论证……成就虽多、虽大，但中国必须要清醒的认识到自己的短处，要处逆境而不馁，迎难而上，从容应对。