WS-15全稱渦(wo)扇15“峨眉”渦(wo)扇發(fa)動機,是為我國(guo)第(di)五代(dai)(dai)戰斗(dou)機而研制的小(xiao)涵道比推力(li)矢量(liang)渦(wo)扇發(fa)動機,主要用于第(di)五代(dai)(dai)雙發(fa)隱身戰斗(dou)機殲-20。由606所(suo)(suo)、624所(suo)(suo)、614所(suo)(suo)、410廠、430廠和113廠等單位(wei)專家(jia)組織研制,在2006年5月首次臺架運轉試車成功。
這標志著我國在自主研制(zhi)航(hang)空發動機的(de)道路上(shang)又實現(xian)了(le)歷(li)史性跨越,在研制(zhi)我國第四代(dai)戰斗機的(de)征程上(shang)邁出(chu)了(le)堅(jian)實的(de)一步。2011年中航(hang)黎明完(wan)成了(le)ws-15驗證機的(de)交(jiao)付。
從中(zhong)國(guo)燃(ran)氣渦輪(lun)(lun)研究(jiu)院(624所)工作會上獲悉,我國(guo)自行研制的推(tui)重比(bi)為9的渦輪(lun)(lun)風(feng)扇航(hang)空發動(dong)(dong)機(ji)(ji)的核(he)心機(ji)(ji)CJ2000于(yu)2005年(nian)(nian)4月(yue)(yue)14日首(shou)次點火成(cheng)功(gong)后(hou),推(tui)重比(bi)為9的渦輪(lun)(lun)風(feng)扇航(hang)空發動(dong)(dong)機(ji)(ji)的核(he)心機(ji)(ji)已(yi)于(yu)2005年(nian)(nian)7月(yue)(yue)上旬(xun)在臺架(jia)運轉試(shi)車(che)時(shi),各(ge)種性能完全達(da)到(dao)了設(she)(she)計指標(biao),轉速推(tui)到(dao)地(di)面最高轉速(換(huan)算轉速102.2%)-----“峨眉”航(hang)空發動(dong)(dong)機(ji)(ji)的技術驗證機(ji)(ji)在2006年(nian)(nian)5月(yue)(yue)首(shou)次臺架(jia)運轉試(shi)車(che)成(cheng)功(gong)。2009年(nian)(nian)6月(yue)(yue)“峨眉”發動(dong)(dong)機(ji)(ji)的原型機(ji)(ji)將完成(cheng)FRET(飛行前鑒定試(shi)驗階段),2013年(nian)(nian)3月(yue)(yue)發動(dong)(dong)機(ji)(ji)完成(cheng)設(she)(she)計定型試(shi)驗。
中俄于1992年(nian)春天開始展開艱(jian)苦談判,在(zai)經(jing)過3年(nian)的(de)(de)拉鋸之后,因為(wei)俄羅斯的(de)(de)經(jing)濟狀(zhuang)況很(hen)差,用于軍工科研的(de)(de)經(jing)費很(hen)少很(hen)少,又(you)因為(wei)在(zai)92年(nian)明斯克(ke)馬丘麗莎會議雅克(ke)-141被終止后,R-79發動機(ji)(ji)沒有了使用對象,又(you)沒有其他的(de)(de)戰(zhan)斗(dou)機(ji)(ji)使用此發動機(ji)(ji),所以“聯(lian)盟”航空發動機(ji)(ji)科研生(sheng)產(chan)聯(lian)合體(ti)(原圖曼斯基(ji)發動機(ji)(ji)設計局)的(de)(de)經(jing)濟狀(zhuang)況很(hen)差,在(zai)這種(zhong)狀(zhuang)況下,1995年(nian)6月(yue),中俄簽訂了轉讓R-79發動機(ji)(ji)生(sheng)產(chan)許可證的(de)(de)協定。1996年(nian)8月(yue),俄羅斯的(de)(de)“聯(lian)盟”航空發動機(ji)(ji)科研生(sheng)產(chan)聯(lian)合體(ti)向中國方(fang)面交付了R-79發動機(ji)(ji)的(de)(de)全(quan)套設計圖紙及技(ji)術資(zi)(zi)料(liao),特(te)別是引進(jin)了制(zhi)造R-79發動機(ji)(ji)核心機(ji)(ji)的(de)(de)生(sheng)產(chan)設備及生(sheng)產(chan)制(zhi)造工藝資(zi)(zi)料(liao)。遺(yi)憾的(de)(de)是用于雅克(ke)-141的(de)(de)R-79B-300發動機(ji)(ji)矢量噴管技(ji)術卻沒有得到。
后(hou)來(lai),1998年亞洲金融危(wei)機(ji)時俄羅(luo)斯經濟也陷入多重危(wei)機(ji),中國此時不僅購買了用于雅(ya)克-141的R-79B-300發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)矢量噴管技(ji)術,同時也取得了莫斯科(ke)聯盟航空發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)科(ke)技(ji)集團研制的推(tui)力為(wei)20噸的R179-300發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)設(she)計(ji)方案和(he)R-79M的設(she)計(ji)圖紙和(he)技(ji)術資料。R179-300發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)這臺發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)是為(wei)垂直起(qi)飛(fei)殲擊(ji)機(ji)雅(ya)克141研制的R-79V-300發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)的進一(yi)步發(fa)(fa)展(zhan)。
在這種背(bei)景下,1996年初(chu),江和甫協(xie)同劉大(da)(da)響(xiang)院士負責組(zu)織“九五(wu)”國防重大(da)(da)背(bei)景(垂直(zhi)起降(jiang)殲擊機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)計(ji)劃)的(de)(de)預(yu)研(yan)項(xiang)目——某新(xin)型渦扇發(fa)動機(ji)(ji)(ji)(以(yi)R-79發(fa)動機(ji)(ji)(ji)為基礎進(jin)(jin)行深度開發(fa))關(guan)鍵技術預(yu)研(yan)工作。組(zu)織完(wan)成(cheng)R-79發(fa)動機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)核(he)心(xin)(xin)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)測(ce)(ce)繪(hui)仿制(zhi)(zhi)工作;R-79發(fa)動機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)高壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣機(ji)(ji)(ji)、燃燒室(shi)、渦輪三大(da)(da)核(he)心(xin)(xin)部(bu)(bu)件等比例的(de)(de)測(ce)(ce)繪(hui)仿制(zhi)(zhi)工作。進(jin)(jin)行理論(lun)方(fang)法、計(ji)算方(fang)法和試(shi)(shi)驗(yan)方(fang)法的(de)(de)探(tan)索(suo)研(yan)究(jiu);以(yi)突破先進(jin)(jin)部(bu)(bu)件關(guan)鍵技術為主,重點(dian)圍(wei)繞(rao)三大(da)(da)高壓(ya)(ya)部(bu)(bu)件等比例全尺寸(cun)試(shi)(shi)驗(yan)件的(de)(de)工程(cheng)設計(ji)和試(shi)(shi)制(zhi)(zhi)及(ji)試(shi)(shi)驗(yan)以(yi)及(ji)其相關(guan)的(de)(de)強度、控制(zhi)(zhi)等系統(tong)進(jin)(jin)行綜合應(ying)(ying)用研(yan)究(jiu),在三大(da)(da)核(he)心(xin)(xin)部(bu)(bu)件的(de)(de)測(ce)(ce)繪(hui)仿制(zhi)(zhi)中,大(da)(da)膽倡導采用了航(hang)空動力許多(duo)前(qian)沿設計(ji)技術成(cheng)果和大(da)(da)量應(ying)(ying)用新(xin)材(cai)料(liao)、新(xin)工藝(yi),從而突破了120余(yu)項(xiang)關(guan)鍵技術。
按照(zhao)飛(fei)機(ji)任務要(yao)求,“峨(e)眉”航(hang)空發(fa)動機(ji)在(zai)循環參數(shu)選擇上(shang)采用較高的渦(wo)輪進口溫(wen)度、中(zhong)等總增壓(ya)比和(he)比較低(di)的涵(han)道比。采用的新技術主要(yao)有損傷容限和(he)高效率的寬弦葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)、三維粘性葉(xie)(xie)輪機(ji)設(she)計方法、整體(ti)(ti)葉(xie)(xie)盤結構的風扇和(he)壓(ya)氣機(ji)、單(dan)晶氣冷渦(wo)輪葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)、粉末冶金渦(wo)輪盤、刷式封嚴、樹脂基復合(he)材(cai)料外涵(han)機(ji)匣、整體(ti)(ti)加(jia)力(li)燃燒室設(she)計、陶瓷基復合(he)材(cai)料噴管調節(jie)片(pian)(pian)(pian)、三元矢量噴管和(he)具有故障診斷和(he)狀態監控(kong)能力(li)的雙余度全權(quan)數(shu)字電子控(kong)制系統。發(fa)動機(ji)由(you)10個單(dan)元體(ti)(ti)組成。
進氣口:
進(jin)氣口(kou)采用全(quan)鈦結構環形進(jin)氣機(ji)(ji)匣,帶18個(ge)可(ke)變(bian)彎度的進(jin)口(kou)導流葉片,其(qi)前(qian)部(bu)為徑向支板,后部(bu)為可(ke)調(diao)部(bu)分(fen),前(qian)緣則以來自高壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣機(ji)(ji)的空氣防冰。
風扇:
風(feng)(feng)扇(shan)(shan)采(cai)用(yong)(yong)3級(ji)(ji)軸流式寬弦實心鈦合金風(feng)(feng)扇(shan)(shan)葉(xie)片,第1級(ji)(ji)風(feng)(feng)扇(shan)(shan)葉(xie)片采(cai)用(yong)(yong)寬弦設計,風(feng)(feng)扇(shan)(shan)葉(xie)片可拆換,帶(dai)(dai)有中間凸臺。第2和第3級(ji)(ji)風(feng)(feng)扇(shan)(shan)為(wei)(wei)(wei)用(yong)(yong)線性摩擦焊技術焊接成的(de)整體葉(xie)盤(pan)結構。風(feng)(feng)扇(shan)(shan)機匣(xia)是(shi)整環結構,風(feng)(feng)扇(shan)(shan)轉(zhuan)子(zi)作成可拆卸的(de),即(ji)第2級(ji)(ji)盤(pan)前(qian)、后(hou)均(jun)帶(dai)(dai)鼓環,分(fen)別與第1、3級(ji)(ji)盤(pan)連接。增(zeng)壓比約為(wei)(wei)(wei)4.01。3級(ji)(ji)靜(jing)子(zi)和轉(zhuan)子(zi)均(jun)為(wei)(wei)(wei)三維流設計。
高壓壓氣機:
高壓壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)采用(yong)6級軸流設(she)計,增壓比7.16。前(qian)(qian)(qian)3級轉(zhuan)(zhuan)子為整體葉(xie)盤(pan)結構,是在鍛坯上用(yong)電(dian)(dian)化學加工出來的(de)(de)。后3級轉(zhuan)(zhuan)子葉(xie)片(pian)(pian)通(tong)過燕(yan)尾形(xing)榫(sun)頭與盤(pan)連接(jie)。前(qian)(qian)(qian)3級定(ding)子葉(xie)片(pian)(pian)材(cai)料為鈦合(he)金。轉(zhuan)(zhuan)子為電(dian)(dian)子束(shu)焊(han)和(he)螺(luo)栓連接(jie)的(de)(de)混合(he)結構,采用(yong)三維流技術設(she)計。定(ding)子部分(fen)進口導流葉(xie)片(pian)(pian)和(he)第1、2級靜子葉(xie)片(pian)(pian)為可調,前(qian)(qian)(qian)3級盤(pan)用(yong)高溫鈦合(he)金制成(cheng),第2級盤(pan)前(qian)(qian)(qian)、后均帶鼓環,分(fen)別與第1、3級盤(pan)連接(jie)。第4~6級盤(pan)由鎳基高溫合(he)金粉末冶金制成(cheng),用(yong)電(dian)(dian)子束(shu)焊(han)焊(han)為一體,用(yong)長螺(luo)栓前(qian)(qian)(qian)與第3級盤(pan)連在一起。鈦合(he)金整體中介機(ji)(ji)匣和(he)對開的(de)(de)壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)機(ji)(ji)匣,設(she)有孔探儀窺孔,用(yong)以觀察轉(zhuan)(zhuan)子和(he)其他部件。
燃燒室:
燃(ran)燒(shao)室采用短環(huan)燃(ran)燒(shao)室,火(huo)焰(yan)筒(tong)采用激光打(da)孔(kong)的多孔(kong)結構進行冷(leng)卻,火(huo)焰(yan)筒(tong)為(wei)整體雙(shuang)層浮(fu)壁結構,外層為(wei)整體環(huan)形殼體,采用雙(shuang)通路噴嘴,燃(ran)油經(jing)22個雙(shuang)錐噴嘴和22個小渦流杯噴出(chu)并霧化,實現無煙燃(ran)燒(shao),具有均勻的出(chu)口溫度(du)場。
高壓渦輪:
高壓渦(wo)輪采(cai)用(yong)單(dan)(dan)級軸流式,采(cai)用(yong)國內第三代單(dan)(dan)晶(jing)渦(wo)輪葉片(pian)材料(liao)、隔(ge)熱(re)涂層和(he)先進冷卻(que)結構。單(dan)(dan)級軸流式,不帶(dai)冠,采(cai)用(yong)氣(qi)膜冷卻(que)加沖擊冷卻(que)方式。轉(zhuan)子葉片(pian)和(he)導(dao)向(xiang)器(qi)葉片(pian)材料(liao)均為國內第三代單(dan)(dan)晶(jing)材料(liao),葉身上有物理氣(qi)相沉積的隔(ge)熱(re)涂層。機(ji)匣內襯扇形段通(tong)過冷卻(que)空氣(qi)進行(xing)葉尖間隙控制(zhi)。轉(zhuan)子葉片(pian)和(he)導(dao)向(xiang)器(qi)可單(dan)(dan)獨(du)更換。渦(wo)輪部件采(cai)用(yong)單(dan)(dan)元體結構設計,由(you)渦(wo)輪轉(zhuan)子、導(dao)向(xiang)器(qi)、渦(wo)輪機(ji)匣、渦(wo)輪后機(ji)匣和(he)軸承機(ji)匣等五個組件組成。
低壓渦輪:
低壓渦(wo)輪(lun)采用單級軸流(liu)式,與高(gao)壓轉(zhuan)子(zi)對(dui)轉(zhuan),空心氣(qi)冷轉(zhuan)子(zi)葉片(pian)(pian)(pian),帶冠(guan)。轉(zhuan)子(zi)葉片(pian)(pian)(pian)均可單獨更換,導向器(qi)葉片(pian)(pian)(pian)可分段更換。仍然采用了低壓渦(wo)輪(lun)導向器(qi)。低壓渦(wo)輪(lun)輪(lun)盤中心開有大孔(kong),以便安裝高(gao)壓轉(zhuan)子(zi)的后軸承。
加力燃燒室:
加力(li)燃燒室采(cai)用整體(ti)式(shi),采(cai)用徑(jing)(jing)向(xiang)火(huo)(huo)焰穩定器(qi),火(huo)(huo)焰穩定器(qi)由1圈“V”形(xing)中心火(huo)(huo)焰穩定器(qi)與36根(gen)徑(jing)(jing)向(xiang)穩定器(qi)組成(cheng)。徑(jing)(jing)向(xiang)穩定器(qi)用風扇空氣冷卻,加力(li)筒體(ti)采(cai)用阻燃鈦(tai)合金以(yi)減輕重量(liang),筒體(ti)內作有隔熱套筒,兩者間的縫隙中流過外涵空氣對筒體(ti)進行冷卻,中心環(huan)形(xing)火(huo)(huo)焰穩定器(qi)沿圓(yuan)周做成(cheng)12段(duan),可(ke)以(yi)自由膨脹,整套火(huo)(huo)焰穩定器(qi)可(ke)以(yi)在發動機裝在飛機上的條(tiao)件下進行更換。
尾噴管:
尾噴管采用全程(cheng)(cheng)可調收斂、擴張(zhang)三元矢(shi)量噴管—在(zai)俯(fu)仰方向可作±10°偏(pian)轉。從+10°到-10°的(de)行(xing)(xing)程(cheng)(cheng)中只需(xu)1.5秒鐘。用于調整飛機俯(fu)仰飛行(xing)(xing)姿(zi)態。裝有先進的(de)陶瓷基復合(he)材料的(de)尾噴管調節片。
控制系統:
控(kong)制系統(tong)采用推力(li)和矢量由(you)雙(shuang)余度全權限數字(zi)電子(zi)控(kong)制系統(tong)控(kong)制(FADEC),按風扇轉速和核(he)心機壓比調節發動機工作(zuo),有故障隔離功能。