一顆永遠跳動的“心臟”

航空發動機是飛機的心臟，是飛機性能的決定因素之一。由于戰斗機發動機要在高溫#65380;高壓#65380;高轉速和高負荷的環境中長期反復地工作，而且還要求具有重量輕#65380;體積小#65380;推力大#65380;使用安全可靠及經濟性好等特點，因此，目前世界上真正具備獨立研制發動機的國家只有美#65380;俄#65380;英#65380;法#65380;中等少數幾個。中國航空發動機的研制是在新中國成立后一片空白的基礎上發展起來的，從最初的仿制#65380;改進#65380;改型到今天可以獨立設計制造高性能航空發動機，走過了一條布滿荊棘的發展道路。

照葫蘆畫的“三個瓢”

渦噴5發動機是我國根據前蘇聯BK-1φ發動機的技術資料仿制的第一種渦噴發動機，由沈陽航空發動機廠研制。渦噴5是一種離心式#65380;單轉子#65380;帶加力式航空發動機，單臺最大推力為25．5千牛，加力推力為32．5千牛，重量為980千克，主要用于國產殲-5戰斗機。渦噴5發動機大量使用了高強度材料和耐高溫合金，加上噴管的加工工藝要求精度高，葉片型面復雜，加力燃燒室薄壁焊接等多項先進制造技術，對我國當時的制造能力是一個考驗。經過各方面的通力合作及努力，首批渦噴5發動機在1956年6月通過鑒定，開始投入批量生產，比原計劃提前了近一年多，為國產殲-5戰斗機的順利投產起到了十分關鍵的作用。渦噴5發動機的研制成功，標志著中國航空發動機工業已從制造活塞式發動機時代發展到了噴氣式發動機的時代，成為了當時世界上為數不多的幾個可以批量生產噴氣式發動機的國家之一。

渦噴6發動機是我國根據前蘇聯提供的PⅡ-9B型發動機技術資料制造的一種加力式渦噴發動機，主要用于裝備國產殲-6戰斗機及稍后研制的強-5強擊機。同渦噴5發動機相比，渦噴6在性能上有了很大的提高，由亞音速發展到了超音速，壓氣機的結構也從離心式發展為軸流式，其最大推力為25．5千牛，加力推力為31．8千牛，雖與渦噴5相差不大，但重量卻減輕了23%，只有708千克，直徑也縮短了48%，大大減少了飛機的迎風面積，適合殲-6超音速飛行。雖然渦噴6第一臺發動機在1958年就已組裝完畢，但因為受到當時“大躍進”運動的影響，使得渦噴6發動機出現了一系列的質量問題，1959年3月交付的60臺發動機不斷暴露出嚴重的質量問題，使得當時全軍的殲-6飛機幾乎全部停飛。1960年，中央軍委決定對沈陽航空發動機廠進行全面質量整頓，并對渦噴6發動機進行重新試制。1961年10月，重新試制的渦噴6發動機最終通過了全壽命試車考核，隨即轉入批量生產，當年即交付了72臺，保證了殲-6飛機作戰的要求。但由于渦噴6發動機是依據前蘇聯提供的發動機資料仿制的產品，因此也具有前蘇聯發動機所存在的一些缺陷。直到1970年，沈陽航空發動機廠才徹底解決了使用中所出現的各種問題，再一次提高了殲-6飛機作戰的機動能力。而后又相繼研制了渦噴6甲和渦噴6A/B三種型號。

渦噴7發動機是按前蘇聯提供的P-Ⅱ-300發動機的技術資料制造的，主要用于當時研制的2倍音速殲-7飛機。渦噴7發動機性能較渦噴6有了很大的提高，其最大推力為38．2千牛，加力推力達55．9千牛，分別比渦噴6提高了50%和77%，并且為軸流式雙轉子結構，帶有6級低壓氣機和2級渦輪組成高壓和低壓兩個轉子?；鹧嫱膊捎脷饽だ鋮s式，加力燃燒室也作了改進，消除了渦噴6發動機高空加力點火不穩定的缺點。尾噴口的調節由自動裝置控制，材料上使用了較多的新材料，像壓氣機和渦輪葉片分別采用了不銹鋼和高溫合金。無論在性能還是在結構上，渦噴7都較渦噴6復雜，對制造工藝的要求也更加嚴格。1965年，渦噴7的研制工作全面展開，由于前期準備工作充足完備，試制工作進展順利，同年10月第一臺發動機即裝配完成。1966年12月通過技術鑒定，開始批量生產。1970年改由貴州航空發動機廠生產，后期貴州航空發動機廠對渦噴7發動機的技術又進行了多項革新，大大提高了渦噴7發動機的性能及質量水平。而后伴隨著殲-8飛機動力裝置的需求，我國又成功研制了渦噴7甲型發動機，成功地實現了從單純仿制生產到自行設計改型的轉變。

半路夭折的“一根草”

1964年，我國開始了新一代殲擊機和強擊機的研制工作，即殲-9和強-6的研制計劃。為此，沈陽航空發動機設計研究所提出了雙軸渦噴#65380;單軸渦噴和渦扇三類共22個設計方案進行對比，經過篩選一致認為只有渦扇型可以滿足這兩種飛機的性能要求，遂將其命名為渦扇6型發動機。這是我國第一次設計大推力發動機，其設計為雙軸內外涵混合加力式渦扇發動機，設計最大推力為70．6千牛，加力推力為121．5千牛，推重比為6。渦扇6于1964年10月開始進行初步設計，1966年完成了全部圖紙設計。1966年初開始由沈陽航空發動機廠進行樣機試制，1969年完成了2臺試驗機的制造工作。渦扇6的初步調試在1968年就已開始，整個調試工作包括運轉試車#65380;性能調試#65380;持久試車#65380;高空臺及飛行臺試驗#65380;國家定型試驗等5部分。在5年多的運轉調試期間，先后解決了壓氣機部件性能差和高壓壓氣機喘振裕度小的問題#65380;起動及中轉速喘振等故障。1974年，發動機達到了100%轉速，進入高轉速運轉試車。但此時又出現了高壓轉子振動大#65380;高轉速喘振和渦輪前溫度超過設計值等問題。1979年11月，所出現的各種問題相繼被解決，發動機實現了高轉速長時間穩定運轉。1980年，渦扇6開始進入性能摸底試驗階段，1981年進行了加力燃燒室試驗，發動機加力推力達到了123．5千牛，達到了加力狀態的設計性能。1973年，由于殲-9飛機的設計指標進行了修改，性能有了進一步的提升(達到了雙2．5，即升限2．5萬米，速度2．5馬赫)，加之為滿足1976年上馬的殲-13飛機的研制需要，1980年又擬定了對渦扇6發動機的改型方案，即渦扇6G。改進工作主要是在保持原發動機外形尺寸不變的情況下，將發動機的最大推力增加到138．2千牛，最大推力提高到83．3千牛，推重比提高到7。1982年2月，首臺渦扇6G進行了地面試驗，實測其最大推力和加力推力均達到預期指標，可以進行實機飛行試驗，為其進一步發展鋪平了道路。然而，在80代初期，由于空軍裝備體制發生變化，殲-9和強-6飛機計劃相繼下馬，作為其配套動力的渦扇6也失去了使用對象。1983年7月，渦扇6發動機的研制工作全部中止，1984年初，研制計劃被正式取消。

自主研發的“三塊寶”

渦噴13系列發動機的研制使我國結束了不能研制生產高性能渦噴發動機的歷史，雖然其性能及技術還不是特別先進，但卻是我國從仿制改型向自行設計制造的重要轉變。進入80年代后，我國的航空發動機研制能力已具備了一定的實力，而這個時期也是我國新型殲-8Ⅱ和殲-7Ⅲ飛機研制的關鍵時刻。由于飛機性能要求的提高，必須要有一種新的發動機作為這兩種飛機的動力裝置，因此渦噴13“受命而生”。渦噴13發動機在結構上對壓氣機進行了大幅度改進，使得喘振裕度明顯提高，低壓轉子加了軸間軸承，振動小，壓氣機轉子盤和葉片大量使用了鈦合金，既減輕了重量又提高了葉片的工作強度。此外，還增加了較為先進的發動機控制裝置，提高了發動機的控制性能#65380;可靠性和穩定性。發動機的推力也提高到了43．1千牛，加力推力則達到了64．7千牛，分別比渦噴7提高了50%和15%，發動機的翻修間隔也達到了350小時。渦噴13發動機的研制工作從1978年開始全面展開，1980年，首批3臺發動機開始進行調試試車，到1984年先后完成了可靠性試車，1985年開始裝機試飛，滿足了殲-8Ⅱ飛機的研制進度。80年代末，經過改進的渦噴13A發動機也開始了研制，改進的主要方向放到提高性能及可靠性上，并采取了多項措施。改進后的發動機前渦輪溫度提高了50度，發動機的加力推力提高到了64．7千牛。多項試驗表明，渦噴13A發動機的匹配性好，工作穩定，可靠性有了明顯的改善。1991年，渦噴13A開始進入批量生產，成為量產殲-8Ⅱ的改型機殲-8B的標配動力。后又相繼研制了渦噴13F發動機#65380;渦噴13FⅠ型發動機以及渦噴13AⅡ和渦噴13B等型號。值得一提的是渦噴13B發動機，該發動機的各方面性能都是渦噴13系列中性能最好的，主要是在壓氣機#65380;機匣#65380;渦輪葉片及加力燃燒室上作了重大的改進，發動機的加力推力提高到了68．6千牛，耗油率則下降了2．5%，達到了當初的設計目標。

“昆侖”發動機是我國第一種完全自行設計#65380;研制的國產渦噴發動機，具有完全的“自主知識產權”，其所使用的技術#65380;材料#65380;工藝等完全立足國內。“昆侖”發動機的研制有幾分偶然因素在內，最終能有今天的這個結果非常不易。1984年，上級下達了研制“昆侖”發動機驗證機的任務。1987年正式立項，開始進入原型機的研制階段。而此時恰逢我國頒布了“全新的發動機通用規范”，上級要求“昆侖”發動機的研制要全面貫徹新的國軍標，這使“昆侖”發動機研制進度大大拖慢。“昆侖”發動機的地面試車過程中曾先后出現過高壓渦輪葉片折斷#65380;高壓壓氣機和低壓壓氣機葉片斷裂#65380;發動機管路滲漏油#65380;空中潤滑油消耗量過大#65380;艙壁溫度過高等問題，而在裝機試飛中又出現了部分加力脈沖#65380;加力點火成功率低#65380;高空大速度喘振停車#65380;高空小速度切斷加力停車等各種重大技術問題。公司技術人員經過近一年多的攻關，將出現的所有技術問題都圓滿解決了，研制工作也順利進入了最后階段，最后在2001年12月通過了國家測試，于2002年正式設計定型，歷經18年的時間。后來，我國又先后推出“昆侖”Ⅰ#65380;“昆侖”Ⅱ型發動機。尤其是“昆侖”Ⅱ型發動機，其最大推力和加力推力分別比“昆侖”型發動機提高到了53．9千牛和76．4千牛，最大推力和加力推力時的耗油率則下降到0．093千克/牛#8226;小時和0．18千克/牛#8226;小時，推重比為7。由于“昆侖”Ⅱ型發動機的安裝方式和外形尺寸與我國大量在役的渦噴7#65380;渦噴13系列發動機基本相同，具有很好的互換性，因此可以很方便地安裝到現役各型殲-7#65380;殲-8飛機上，從而使這兩種飛機的性能有了一個跨越式的提高，極大地提高了我海空軍航空兵的空中作戰能力。

“斯貝”MK202引進后，由西安航空發動機廠負責試制生產，國內稱其為渦扇9發動機。隨著殲-7飛機研制生產的順利進行，當初引進的數十臺“斯貝”MK202也被用到了第一批生產的飛機上。隨后，為滿足殲-7未來生產改型的需要，西安航空發動機(集團)有限公司在90年代初期又開始進行渦扇9的全面國產化工作。1995年11月，部分國產化的渦扇9發動機順利完成150小時試車，但此時渦扇9的國產化率只達到了70%，仍有一部分設備不能生產。因此在1999年下半年，渦扇9發動機全面國產化工作啟動，西航集團公司先后攻克了精鑄(鍛)無余空心量葉片#65380;數字式電子控制系統等一系列技術難關，于2000年底一次成功點火啟動;隨即開始的150小時工藝試車于2001年初圓滿結束，試車檢驗結果表明各項性能及技術指標均達到試車驗收標準，國產化的渦扇9發動機被重新命名為“秦嶺”發動機。2002年6月1日上午，凝聚著西航航空人無數心血和汗水的“秦嶺”發動機首飛成功，而后又經過幾十個架次的科目飛行，表明該發動機的性能和穩定性均達到預定要求。2003年7月，“秦嶺”發動機國產化工程在西安通過技術鑒定，從而結束了我國國產渦扇發動機裝備上的空白。

鋒芒待露的“一把刀”

20世紀80年代初期，中國航空研究院因70年代上馬的殲9#65380;殲13等項目的紛紛下馬，與之配套的研發長達20年的渦扇6系列發動機也因無裝配對象被迫下馬，于是中國在戰斗機動力方面與世界發達國家的差距拉到20年以上。面對中國航空界的嚴峻局面，國家于80年代中期決定發展渦扇10系列發動機。依據裝配對象的不同，渦扇10系列有渦扇10#65380;渦扇10A#65380;渦扇10B#65380;渦扇10C#65380;渦扇10D等型號，其中渦扇10A是專門為中國趕超世界先進水平而上馬的新殲配套的。中國為加快發展渦扇10系列發動機，采取兩條腿走路方針:一是引進國外成熟的核心機技術。中美關系改善的80年代，中國從美國進口了與F100同級的航改陸用燃汽輪機，這是渦扇10A核心機的重要技術來源之一;二是自研改進。中國充分運用當時正在進行的高推預研部分成果(如1992年試車成功的中推核心機技術，性能要求全面超過F404)，對引進的核心機加以改進，使核心機技術與美國原型機發生了較大變化，性能大為增強。渦扇10/10A是一種采用3級風扇，9級整流，1級高壓，1級低壓共12級，單級高效高功高低壓渦輪，即所謂3+9+1+1結構的大推力高推重比低涵道比先進發動機。該發動機在研制時成功地采用了跨音速風扇;氣冷高溫葉片，電子束焊整體風扇轉子，鈦合金精鑄中介機匣;擠壓油膜軸承，刷式密封，高能點火電嘴以及整機單元體設計等先進技術。其中渦輪葉片采用定向凝固高溫合金先進材料，以及采取了對流#65380;前緣撞擊加氣膜“三合一”的多孔回流復合冷卻的先進技術，使渦輪葉片的冷卻效果提高了2倍。渦扇10的渦輪葉片雖然是定向結晶的DZ125，但采用了我國獨創的低偏析技術，其綜合性能可以和第一代的單晶高溫合金媲美。但同樣存在不足，最大缺點是渦輪葉片有中空部分，某些部位壁薄，在凝固時柱狀界面之間容易產生裂縫，使得制造上受到限制。但總體來說，渦扇10A的性能參數在國內還是首屈一指，這也使得中國航空動力事業達到了發達國家80年代中期水平，在中國航空發動機發展史上具有里程碑式的重要意義。

另外值得一提的是，渦扇10A于1998年裝在殲10上首飛，并進行過長達40分鐘的超音速試驗。2000年在一次與從俄羅斯進口的AL-31F發動機混裝試飛時，發生了空中熄火險情，再加上渦扇10系列研制進度的嚴重滯后等問題，制約了渦扇10系列發動機的運用。在首批生產的殲10戰斗機上安裝的很可能是從俄羅斯引進的AL-31F渦扇航空發動機，其單臺靜推力77千牛，加力推力可達122．6千牛。發動機高溫部件采用鈦合金制造，并帶有加力燃燒室，發動機噴管的收斂擴張噴口裝置。該發動機為殲-10在空戰中發揮高超性能提供了有力支持，但就目前得到的數據看，渦扇10A的推力應大于AL-31F的12500公斤，估計在13000公斤左右，推重比應高于8，而因為渦扇10裝有比AL-31F更有效的壓縮機，使得單晶渦輪葉片比AL-31F的渦輪葉片更能忍受高溫，引擎控制系統也更加先進。所以，用渦扇10A代替AL-31F只是時間上的問題，有朝一日殲10裝備渦扇10A后，在空戰推重比#65380;載彈量和飛機的機動性#65380;靈活性方面，其綜合飛行性能都將有大幅躍升。