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中国运十心脏涡扇8发动机的研制始末

2018-11-02 12:33:00

中国运十心脏:涡扇8发动机的研制始末

>   一、设计复测

根据三机部的要求,成都发动机厂从1970年起就承担涡扇8(WS-8)发动机的试制任务。于1971年3月基本完成整机设计和资料编制工作,1972年完成金属材料和非金属材料的测定任务。同年12月三机部和市国防工办研究决定,将涡扇8发动机的设计复测工作由成都转到上海汽附一厂进行。12月18日,市国防工办、机电一局在汽附一厂召开上海市研制涡扇8发动机有关单位领导干部会议,对复测工作进行动员和部署。12月30日复测领导小组成立,汽附一厂张龙根任组长,成都发动机厂陈明鼎任副组长,参加复测工作的技术人员共115人。下设总体、压气机、燃烧排气、涡轮等8个专业组。1973年1~5月,本着“重点复测、全面审查”的精神,对发动机性能、装配、强度、寿命有直接影响的部分作为复测重点。同年10月,全机共作材料分析500余项,表面分析171项,修订技术要求148项,制订组件试验要求177项。通过复测,对原设计过程中遗漏项目及在消化图纸和实际试验过程中所遇到的差错部分,均补齐和订正,以达到消除隐患、确保试制质量的目的。

1974年3月,涡扇8发动机复测、出图工作结束,共复测2058个图号,设计完成2061个图号,描图完成2073个图号,为涡扇8发动机第二轮试制工作奠定良好基础。

二、选材

1970年,成都发动机厂曾按照同类发动机材料性能和立足于国内的要求,进行过次选材。

1973年1月,汽附一厂在次选材的基础上,在上海第五钢铁厂(以下简称上钢五厂)、上海钢铁研究所(以下简称上海钢研所)、上海第三钢铁厂(以下简称上钢三厂)、上海材料研究所、上海有色金属研究所等单位的参与下,花了近4个月的时间进行第二次选材,并作为涡扇8发动机第二轮试制的用材。根据既要满足设计要求,又要立足于国内资源和较好的工艺成型性能的选材原则,共提出全机金属材料7O余种,非金属材料30余种。其中属于国内首次研制的金属材料9种,非金属材料2种。1973年8月20~30日,三机部、冶金部在上海召开第二次选材会议,就涡扇8发动机涡轮轴、涡轮盘及叶片、火焰筒(包括涡流器)、高压压气机盘等承受高温和受力较大的零件进行对比分析,推荐了13种材料,其中6种是国产材料。选用的新材料共9种,用于143种零件。

1975年3月对图纸质量进行复查时,针对大部分新材料已研制出来的情况,三机部提出“对新材料选用要慎重”的指示,防止新材料使用面太宽,影响因素大多,发动机的质量不易控制,为此又进行第三次选材。这次选材主要对第二轮图纸所选用的9种新材料的材质状况,结合设计要求、材料的工艺性和供料情况,进行反复分析讨论及技术论证。经过选定,试用新材料的零组件由原来143种缩减到45种,试用数缩减68.6%。

三、计算

根据国外航空发动机结构强度的设计准则及有关资料,航发厂设计科为了消化掌握设计技术,为以后研制航空发动机作好技术储备,自1975年开始,从涡扇8发动机主要转动零组件的应力分析起步,以常规方法计算压气机和涡轮全部转子盘、转子叶片及拉杆的静强度,并委托上海交通大学用全息激光摄影术测定验证。1977年夏,又采用三角形元素的有限元计算方法,对发动机的盘、轴类零件自编程序,在华东计算技术研究所等单位的计算机上作了应力分析计算,先后共完成24项计算。同时,还运用计算成果参加了航空研究院组织的航空发动机强度设计试验手册有关部分的编写任务。

1979年起,随着计算理论和计算方法的发展,该厂继续深化和扩大对涡扇8发动机计算分析的领域,曾应用八节点等参数元素的有限元分析法,自编程序进行转子叶片、盘和轴的应力分析;与中科院工程热物理研究所合作,对涡扇8发动机的压气机和涡轮,应用中科院教授吴仲华的简单径向平衡理论和国外诺瓦克(Novak)的流线曲率法,作了正反问题的三元流气动力的计算分析,以及为探索航空发动机多用途的前景,对涡扇8发动机进行多用途改装方案的热力循环计算和初步设计探讨等。

四、设计试验

1974年9月,三机部和上海市共同召开涡扇8发动机设计试验工作会议,会上初步确定进行28项试验(为零、部件试验,不包括整机试验),并拟分2个阶段进行。在发动机未上台架时进行13项(主要是零件的强度),在发动机装机试飞前进行15项(包括强度和性能)。但由于试验进度赶不上发动机研制及试车进度,后又因试验经费限制,经多方研究讨论,确定设计定型前必做的试验项目为18项。在18项试验中,强度振动试验占13项,其中大部分又是以热端部件为主,性能试验几乎都集中在燃烧部件。试验结果表明,所选用的材料、结构、热处理和表面处理工艺都是合适的。

付早期的苏系机,J8改的参照机:苏-15ЛЛ(Т-58ВД).

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