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主题:航空发动机涡轮温度的发展 -- 北纬42度

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  • 家园 航空发动机涡轮温度的发展

    回帖发不出来,只好发主贴了。航空发动机涡轮温度是发动机最关键的指标,一般200度为一代,以下数据来自个人搜集整理和估计,您要是不信就当俺胡咧咧。

    第一代发动机,40-50年代出现,大家都是800-900度(本文都是采用摄氏度)。

    60年代,美英率先发展了第二代发动机,涡轮温度超过了了1100度,代表型号分别是TF30和斯贝。苏联在60年代末期也已经达到这个水平,代表型号Al-21。法国和中国仍然只有第一代发动机,法国阿塔发动机仍在900+的水平。中国通过研制空心涡轮叶片加强冷却,涡喷7甲已经达到1015度,但关键的问题是,这是靠工艺而不是靠材料本身达到的(别人在这个阶段基本靠材料硬扛),所以后劲不足。

    70年代初,美国率先研制出第三代发动机F-100,达到1350度,不过也不是很顺利,一度让F-15成为机库皇后。英国没钱了有心无力,法国不知吃了什么药(也许是美国主动泄密)大幅度赶上来了,二者的代表型号RB199和M53都是1200+,二代+的水平。苏联在80年代初研制成功Al-31,也超过1300度。中国自行研制的涡扇6是1077度,只处于第一代+的水平而且最终未能定型,引进了二代发动机斯贝也不珍惜。

    90年代出现了第四代发动机,F22配套的F119发动机竟然达到了1650度,英国的EJ200和法国的M88也都超过了1500度,算是三代+。老毛子解体开始吃老本,2010年左右出现的Al-31后期型号终于接近了1500度,不过这只大约相当于F100发动机在80年代末期的水平。

    中国在80年代上马了两个项目,一个是涡喷14,相当于斯贝改涡喷,另一个是涡扇10。涡喷14总体来说就是个二代+,涡轮温度大约1200,即使如此研制过程磕磕绊绊。涡扇10是三代发动机,涡轮温度1300+,步子太大扯到蛋,更是难上加难(不是涡扇难而是难在第三代),近些年终于算是修成正果,最新型号有可能在1500度左右。

    更新一代发动机,老美的F135发动机据说做到了1900度,毛子的Al-41大约是1600度,但以毛子的现状估计很难继续跟进了,英法一直在纸面上吹牛。这几天千呼万唤始出来的涡扇15,俺保守估计在1700+的水平,大约落后美国200度,仍然是一代的差距。但这已经算是进入了第一梯队。

    不过说起客机发动机,仍然任重而道远。这大概是中国大部分尖端工业领域当前的水平,军用一流,民用仍是二流,芯片基本也是这样,中国的超级计算机第一拿得太多已经不屑于参与国际排名了,但民用芯片仍然处于第二梯队的领先位置。

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    • 家园 光刻机跟航空发动机一样

      其实回顾国内工业的种种突破,真正有难度的比如推重比10的涡扇发动机,从十几年前就不断有消息说:突破了、定型了、小批量了。我15年刚开始关注航发的时候。说是20年保节点,结果20年又没信了,到了今年才算上了歼20有了真正的眉目。但是也刚到30年前美国水平,只是最近30年,前面的几个对手没怎么发展。有点儿像光刻机,其实发展也受物理极限限制,也快发展不下去了,也要靠一些文字游戏来修改制程命名方式了。

    • 家园 百度,WS15-1850℃,F135 1850-1950

      两种性能基本相仿的发动机,怎可能差整整一代。

    • 匿名 我记得前几天看见国外新闻说

      涡扇15已经装上了歼20上了,好像有一半以上都换发了。然后美国在日本的F15就都退役了,并准备放弃关闭在日本的美军基地。

      如果这条新闻是真的,那么实质上中国的飞机(尤其上歼20)和高超飘弹已经让美国人意识到第一岛链已经守不住了。所以现在在南海的航母不过是骚扰,美国军方并没有信心打赢和中国在台湾的仗。他们可能更寄希望于联合欧洲各国从经济和道义上的惩罚,加上对中国政治军队高层的个人惩罚来控制中国。

      如果上面两段是正确的话,美国和西方今后更可能从政治宣传层面,从内部搞中国,经济技术层面是总助力。从其他地方看华人的论坛,和国内的情况来看,我对中国今后要面临的困难感到十分担心。

    • 家园 听到一个说法是工业技术就剩两块了

      米国鼓励芯片产业的法案出来以后,听到一位面向投资和政策界、对中米光伏产业做比较研究的老兄的讲座,感觉上是来自一个米国的盈利性的小智库。这个老兄是大陆本科出来的,在米国上的研究生,应该已经是米籍人士了,但在大陆搞调研;上学的专业是经济、商务这一块、而不是工科出生。他的判断是工业技术还没达到大于等于的、只有两块了:芯片和航空;关于原因,他认为是作为基础的分支领域太多,得一支、一支地捋过来。另外,包括这位老兄在内的若干人,对米国这个芯片产业政策都是“双手相握置于裆前”,作面带礼貌的微笑状。

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    • 家园 中国航空发动机高温合金发展

      中国在60年代初就仿制成功美国IN100高温合金,大约只落后美国五六年,性能高于引进的苏联合金,这个合金成了中国第一代发动机的主力合金。但采用这种合金的发动机涡轮温度最高1000+(涡扇六设计温度1077),所以没法研制温度高于1100度的第二代发动机。

      西方第二代发动机主流合金材料MarM-002需要采用铪元素(斯贝就是),这东西中国极为稀缺,核工业至今要用,供应仍是个大问题,这导致实验室能做出来类似合金产品,当时却无法量产。

      西方第三代发动机早期采用定向凝固的MarM-200合金,80年代后采用该合金的单晶。好消息是这种合金不含铪,中国大约在80年代末研制成功不含铪的定向凝固合金DZ-4和单晶DD-3,这才算解决问题,这也是为什么80年代决定跳过第二代直接研制第三代发动机。DZ-4很快用于涡喷13FI发动机,DD-3被用于涡扇10,但最初有热裂问题,后来通过调整元素配比给解决了。

      之后的发展就不是俺能知道的了。。。

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      • 家园 老兄能否透露涡扇20的推力有多少

        傅前哨说是14吨,我感觉太少了吧,是不是初期产品的缘故,以后肯定后面的改进型号要增加最大推力的。

        另外我们这样的军迷看发动机,只关心最大推力,真正的内行是不是要看别的指标,比如翻修寿命,高温低温环境下能不能正常启动这些?

      • 家园 是铼元素

        铼元素只需要很少的量就可以大幅度提高叶片的耐热性能。日本人叶片耐温性能一度世界第一,就靠这玩意。

        师昌绪老人家为这个作出了卓越贡献,单向结晶和耐热度两个方面突破了西方封锁。他的学生在他研究基础上,已经把俄日法抛到了身后。

        • 家园 最开始加铪 -- 有补充

          后来加钽,再后来才加铼。

          现在也不是完全不加铪,但用量只有当年的零头。。。

          作者 对本帖的 补充(1)
          家园 日本燃机的高温合金 -- 补充帖

          日本的确靠加铼创造了几个(实验室)世界纪录,但三菱工业燃气轮机叶片材料,至今一点铼都没用,MGA1400/MGA1700/MGA2400主要靠加钽。不用铼的优势就是便宜,尤其工业燃机体积巨大,铼能不用就不用。这点相当NB,GE的同档次产品已经加铼了。

          工业燃机的一大要求是耐腐蚀(可以采用低价劣质燃料),中国这方面比较落后(军用没这要求所以一直不重视),导致燃机尤其是民用工业燃机迟迟搞不定。

          通宝推:外俗内正,
        • 见前补充 4912154
      • 匿名 9X年的时候

        我媳妇以前是在国内搞发动机高温陶瓷部件的,出国后给某国发动机叶片专门搞陶瓷覆层热震分析的。所以我估计后来的发动机叶片是高温陶瓷+高温合金+叶片内部有孔隙,利用内部孔隙供油,蒸发散热,降温,来保持发动机在高温下的正常运行。

        通宝推:北纬42度,
        • 匿名 这是真卖国了,只不过卖的是少量技术
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