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保罗。威尔森很快就画了一张设计草图,跟李怡炫预想的一样,发动机采用的是1…0…1支承方式,但燃烧室没有采用F…110的方案。原F…110的燃烧室采用的是HastelloyX合金经机加工而成的短环形燃烧室。燃油经20个双锥喷嘴和20个小涡流杯喷出并雾化,实现无烟燃烧。
而保罗。威尔森的燃烧室设计方案采用的是F…100方案,即全环形分级单循环燃烧室(欧洲EJ…200的燃烧室),双层浮壁式火焰筒,外层为整体环形壳体,在壳体与燃气接触的壁面上铆焊有薄板,薄板与壳体间留有一定的缝隙,使冷却两者的空气由缝中流过。临界气膜冷却,并采用大直径的双路气动雾化燃油喷嘴,使用电容放电点火。
这种火焰筒又称瓦块式火焰简,F…119包括它竞争发动机F…120也是采用的这种火焰筒,该火焰筒最大的优点是能有效改善火焰筒的工作条件,不仅可提高火焰筒的寿命,与燃气接触的瓦片烧坏后还可更换,而且还可使排气污染物减少。
而的双路气动雾化燃油喷嘴,是气动式喷嘴的一种,它最大的优点是能改善燃油雾化质量提高燃烧完全度,减少排污,同时还能消除一般离心式喷嘴易生积炭的问题。
加力燃烧室是不变,依然采用F…110的躲根径向火焰稳定器结构,也就是让回旋式混合器使内的空气和外涵气流有效混合。内涵气流中90%的空气在燃油喷入外涵气流前燃烧完,使整个工作范围内温升平稳。这种加力燃烧室的优点是结构简单,加工工艺相对简单,火焰燃烧稳定可靠不容易熄灭,而且相对省油。
这种加力燃烧室甚至比F…119的加力燃烧室都要好很多,唯一的缺点是该加力燃烧室的重量相对较大,很影响发动机的整体推重比。
不过保罗。威尔森早就有此准备,他决定在材料上下工夫,F…110的加力燃烧室用的是IN625合金,而他准备采用高铌钛铝阻燃合金,内衬氮化硅基二氧化钍金属陶瓷,具有极强的耐高温和抗腐蚀能力,而且它的单位重量比铝合金轻了30%,结构强度高、钢性大、弹性强、加工性能也教好,缺点就是价格昂贵。
李怡炫大概估算了一下,与IN625合金比起来,两者在成本上相差不大,但保罗。威尔森的方案在性价比上更具优势。
发动机的喷口采用EJ…200的全程可调收敛…扩张式,喷口面积由液压作动筒和作动环控制,主、副喷管的调节板分三段铰接,在凸轮和滚柱上移动,以调节喷口面积,喷管外壳材料为焊接的钛合金。该喷口的最大优点是,能把发动机喷出的高温火焰气流,能最大程度的发挥出来,在一定程度上能间接提高发动机的推进效率。缺点就是对工艺要求很高,价格也较贵。
除了西方发达国家,像俄罗斯和中国这样的发展中国家,一般不会采用这样的喷口,他们一般喜欢使用鱼鳞结构的气动喷射式收敛…扩张喷口,该喷口的优点是结构相对简单、容易加工、成本低廉;但缺点也很明显,喷口重量偏重,火焰的推进效率不高。比如AL…31和涡扇…10发动机就是这样的喷口。
第173章 要给发动机增重()
接着又看压气机的设计,F…100的高压压气机是10级,而F…110是9级。这里要单独说明下,在高压压气机技术上GE可谓是独步天下,他称第二,就没人敢称第一,相比之下PW的高压压气机技术就要差一些了,因此在压气机上保罗。威尔森采用F…110的压气机方案是一点都不奇怪,但让人看不懂的是,怎么压气机也是10级?
李怡炫把这个问题提出来,保罗。威尔森解释道:“其实GE当初在设计F…110的时候,也是采用10级压气机方案,这么做的目的是想让F…110在性能上能够全面超越F…100,由于当时还没有出现大小叶片的设计概念,因此10高压对当时的GE来说难度太大,最好才定出个9级方案。现在我们把GE当年的遗憾给补齐直接上10级。”
李怡炫一下就笑了,指着保罗。威尔森道:“别人设计发动机是级数越少越好,而你反其道而行级数往高了加,你不觉得这么做就算增加了推力,但发动机重量同样也会增加不少,这么做是不是有点得不偿失?”
“BOSS,你知不知道F…110系列里面,有个叫F…110…GE…132F型号的发动机?”保罗。威尔森没有回答李怡炫的问道,而是反问李怡炫。
“F…110发动机的型号那么多,我怎么知道具体的某一个型号?直接说吧,别绕弯子了。”
于是保罗。威尔森就直接说了,“F…110…GE…132F是F…110系列里性能最强的发动机,该发动机的最大加力推力145KN,最大中间推力116KN,安装轴向矢量喷口,发动机干重1500公斤。”
“什么!!!”听到保罗。威尔森爆出来的数据李怡炫是完全惊倒了,他没想到这台发动机居然这么牛,这完全就是美制版的AL…41好吧,AL…41的推力才多少?俄制标准版加力推力是150KN,出口到共和国的是145KN,中间推力114KN,重量也是1500公斤,最后算下来,两台发动机都是推重比超过11的大家伙啊!
“而它的高压压气机正是10级。”
“只增加了一级压气机,推力就增加这么多,牛,太牛了!!怪不得你要采用10级压气机方案,原来你是直接把该发动机的压气机直接搬了上去了啊!可是你不觉得发动机推重比也太高了吗?”李怡炫感慨道,心里也为GE独步天下高压压气机技术拍案叫绝。
“F…110…GE…132F的推重比很高,是因为GE在他上面做了很多的减重措施,别的不说仅发动机机匣就由原来的镍合金机匣换成了钛合金机匣,外涵道机匣换成了碳…树脂纤维复合材料机匣,这一系列的减重措施下来,才换来了F…110…GE…132F超过11的推重比,如果不采取减重措施,继续使用原来的材料,比如F…110…GE…132F的前身F…110…GE…132他的重量就高达1800公斤,只有8。2的推重比。”
听到这里,李怡炫就明白保罗。威尔森的意思了,“你是说,我们想”F…110…GE…132一样,把发动机的总推力和中间推力维持在145和116KN,推重比维持在8~9就行了对吧?”
保罗。威尔森点了点头,接着又摇了摇头,“BOSS,弄好不发动机的推重比会过10。”
“怎么会这样,别的不说光是机匣方面我们采用的合金虽然跟GE和PW不同,但在合金单位重量方面都相差不大啊,推重比怎么会过10呢?”
“BOSS,别忘了我们的叶片重量。”保罗。威尔森提醒道。
这么一说,李怡炫一下就恍然大悟了,他居然把叶片的重量给少算了进去,虽然德玛吉的单晶合金叶片只比美国的先进了半代,但合金单位重量还不到对方合金的一半,而一台发动机70%零件都是叶片,一片叶片的重量轻50%,这么多叶片加起来,整台发动机重量又该减轻多少?弄好好,还真像保罗。威尔森说的那样,发动机的推重比会超过10。
“其实还不止这些呢?”保罗。威尔森又一盆冷水浇了下来,“要知道我们的轴承用的可是陶瓷做的,甚至我们还有磁力轴承,这些都能增加发动机的推重比。”
李怡炫已经不知道自己该是乐还是笑了,别人是巴不得使劲减轻发动机重量好增加推重比。而他呢?居然要反其道而行,增加重量减小发动机的推重比,究其原因就是因为德玛吉的材料太过先进。
以轴承为例,自从自己决定踏进航空发动机产业以来,李怡炫就买不到顶级的航空航天轴承,只能买到一般级别的,这样的轴承用在汽车上倒是没有问题,用在航空发动机上?就只能呵呵了,哪怕是用在奎西发动机这种级别的航空轴承都买不到。
航空航天轴承可不同于一般轴承,光是使用寿命就不是一般轴承能达到的,航空发动机轴承必须具备长寿面,军机航空发动机要求在3000小时以上,民机航空发动机要求更高,要达到数万小时。而航空发动机中轴承工作环境完全可以用“炼狱”来形容,它们不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转,还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与超高温。
另外,对于一般的结构部件来说,即便出现轻度裂纹也可以保证安全使用——这在专业上称为损伤容限,而航空发动机主轴承这样关键传动部件就不存在损伤容限一说,其在使用过程中绝不允许出现裂纹等形式的损伤。
目前,高端轴承的研发、制造与销售基本上被世界四大轴承巨头即美国铁姆肯、日本NSK、瑞典SKF,德国舍弗勒(FAG)所垄断。
就这四家公司且没有哪怕一家愿意把航空航天轴承卖给他,导致最后李怡炫只能自己做。
航空航天轴承对材料和工艺的要求之高是远远超出一般人想象的,为了降低制造难度,李怡炫直接从31世纪选择了航空航天级的陶瓷轴承技术。
为了不过于惊世骇俗,李怡炫不敢选用技术太过高端的陶瓷轴承,最终只选择了刚好能满足他使用的陶瓷轴承技术,军用航空航天轴承刚好卡在3000小时的使用寿命上,民用航空轴承也一样只有刚好到30000小时,这样一来就不会引起四大垄断集团的觊觎。
陶瓷轴承相比于传统的合金钢轴承来说,他更加耐磨、更耐腐蚀,在抗极高温和极低温的极端气候环境,远不是现有的合金轴承能比的,而且陶瓷轴承的热膨胀系数也极低,在重量也比合金轴承轻了不少,可谓是航空发动机最理想的传动零件。
但现在就是这样零件,现在就给李怡炫带来了意想不到的烦恼。
目前,航空发动机用的轴承都是合金轴承,只有德玛吉生产的发动机用的才是陶瓷轴承,就连航模发动机干脆还用起了塑料轴承。
而陶瓷轴承的重量只有合金钢轴承的几分之一,甚至十几分之一,航空发动机传统部件多,用到轴承也多,如果再把那些轻合金叶片给算上去,仅在重量上不知要其他同类型的发动机轻了多少?
一台涡扇发动机零配件叶片就占了70%以上,每片叶片轻一半,70的一半就是35。以F…110…GE…132为例,该发动机重量是1800公斤,最大加力推力145KN,推重比是8。2,重量减去35%就是1170公斤,光是推重比都超过12了,如果再把陶瓷轴承减轻的重量算上去……哇靠,推重比过18都有可能,这还没完呢,涡扇发动机的转子材料李怡炫用的都是陶瓷,重量上会更轻,想了这里李怡炫立时一个头两个大,不知道该如何办了。
不知过了多久,李怡炫才说道:“这样吧,反正你现在给我的也是设计草图,具体的设计还要等到做完相关的验证试验和理论推演以后去了,一句话不管你最终怎么做,三代发动机的推重比都要给我控制在9以下,实在不行都不能超过9。5这一上限。要不干脆就降火焰温度,用全钢制机匣!”
第174章 太空轴承钢材()
保罗。威尔森微微一笑,“没必要弄得这么悲观,想要给发动机增重还不简单,把陶瓷轴承全部换成合金钢轴承,发动机的重量不就上去了。”
停了一下,保罗。威尔森又接着说道:“奎西发动机上我们用了陶瓷轴承,但奎西发动机零配比较少,因此轴承用的不多,也不会引起几大轴承集团的注意。但涡扇发动机就不一样了,传动部件很多,所使用的轴承数量就很可观了,各种规格,各种形状的轴承都会用到,如果继续使用陶瓷轴承,很容易把这些大鳄给引来,到时候我们会麻烦的。我们现在必须改变策略了。”
美国铁姆肯、日本NSK、瑞典SKF,德国舍弗勒(FAG)都是国际上知名的国际轴承集团,但同时也是臭名昭著的强盗集团,反观在国际上稍微有点名气的轴承企业,背后都有这四大集团的影子,也就是说这些轴承企业其实是他们的子公司。
一家轴承企业做出名了,就会把四大集团给引来,先是用钱收购,如果对方不答应就设计陷害,这四家集团都是这么都是这么起家的,如果这家轴承企业是别的国家的企业又怎么办呢?好办,先收买这个国家里面的腐败份子,用权利逼着对方把企业卖给他们。
不行,又是老一套,勾结腐败份子设计陷害。成了它消灭一个竞争对手,并占领这个国家的市场;事情败露,把腐败份子就是他们早就准备好的替死鬼,他拍拍屁股就走了,什么事都由替死鬼抗着。
这就是他们的手段,简单粗暴但也最有效。著名的洛/阳轴承就是最好的例子。要不是有个院士拼死向胡上书,洛阳轴承早就没了,要知道洛阳轴承可是承担着WS…10发动机的轴承研制任务。
轴承是人们最常见,但同时也是最不引人重视的项目,在许多外行人看来,轴承是种结构简单的零部件,根本就没什么技术含量。
告诉你,持这种观点的人是大大的错了,轴承的研发涉及材料、油脂及润滑、制造、设计、轴承制造装备、检测与试验等一系列技术难题,还涉及接触力学、润滑理论、摩擦学、疲劳与破坏、热处理与材料组织等基础研究和交叉学科。
特别是高端轴承技术的极端复杂性,其难度都远远超出人们的想象。而轴承又是现代工业的基石,可以说没有轴承就没有现代工业,特别是航空发动机更是需要顶级的长寿命轴承用来支撑。主轴承是航空发动机的关键部件之一。在高速、高温、受力复杂的条件下运转,主轴承质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性。
很早以前外国人就知道,我们国家正在搞自己的先进大推力涡扇发动机,对西方列强来说,他们是不会眼睁睁的让我们把大推力涡扇发动机搞成功的,会想进一切办法把我们的先进涡扇发动机给搞黄了。
那么最好的办法是什么呢?那就是在我们最关键,同时也是最不引人注意的地方下手,显然轴承就是他们最好下手的地方,因为他最不会引人注意。
没有了与之配套的顶级航空航天轴承,我国的大推力涡扇自然就搞不成了。
这就是西方国家的手段,阴险而又毒辣,很多中心国家和发展中国家都栽在了这上面。
可以说,美国铁姆肯、日本NSK、瑞典SKF,德国舍弗勒(FAG)在国际轴承市场上表现的这么凶狠,也是他们背后的国家势力在推动的原因。
保罗。威尔森说的没错,德玛吉是到了该改变策略的时候了。
想了良久,李怡炫对保罗。威尔森说道:“我们建在新界的陶瓷轴承和齿轮工厂已经有段时间了,DG…200涡扇发动机在设计之初用采用的就是陶瓷轴承和陶瓷齿轮方案,现在贸然使用合金钢轴承,我们原先的设计就要全部推翻重做,特别是核心机都测试到一半了,到年底就可以定型了,紧接着就是整台发动机的测试,最迟到80年就要完成定型,现在改已经完全来不及了。保罗,能不能修改下轴承和齿轮的性能?”
“修改轴承和齿轮的性能?你是指哪方面?”
“DG…200的推力功率为3。65~9。8KN,9。8正好为一吨,我们就设定在12KN如何,只要超过12KN这个上限,轴承和齿轮就断裂。你看这么做行吗?”
保罗。威尔森用他的光子大脑飞快的分析了一下,“技术上完全可行,只需稍稍改变一下制造工艺就行了。”
李怡炫拍了一下手,“这样一来,就算引起了