海军中国心之路:双线跟进 新技术世界领先

2015-02-12 11:55:01 发帖人:陈中禹 参与评论()人

海军中国心之路:双线跟进 新技术世界领先

对于向来强调独立自主的中国海军来说,长期依赖DA80是不可想象的,其国产化工程几乎同步展开,国产型号称作QC280。早在2010年,赴亚丁湾护航的052B型2号舰169舰就安装了一台QC280进行航行试验,取得了良好效果。QC280在可维护性及热带使用性能等方面均比DA80有较大提高。

20世纪50年代末到90年代初中国燃气轮机的发展

中国发展燃气轮机的时间也较早,1958年就将燃气轮机纳入发展规划,并成立了南北两个设计所进行设计研究。1959年,中国从苏联引进M-1燃气轮机,用作国产护卫艇的加速主机。1961年,上海汽轮机厂完成首部国产燃气轮机的试制,1966年装艇,经过一系列测试之后,1971年交付东海舰队进一步试用。这是中国在水面舰艇上正式采用燃气轮机的第一次尝试,积累了宝贵的第一手实践经验,对培养舰船燃气轮机设计、制造、运行技术队伍起到了引领作用。

在引进燃气轮机的基础上,中国又自行研制了6000马力燃气轮机,主要用于国产037型猎潜艇的加速主机,以提高对抗国外先进核潜艇的能力。样机完成500小时耐久性试车后投入小批量生产,同时开展了双机并车传动装置的研制,包括行星减速器、液力耦合器、自动同步离合器及其自控系统,整套双机并车传动装置在陆上试验站进行了150小时长期试车。这是次进行并车传动装置的研制,在整机及装置试验中进行了详尽的科研性测量,获取了大量宝贵的数据和资料。遗憾的是,虽然整个动力装置的可靠性已满足要求,具备了装艇使用的条件,但因研制周期过长,加之原装猎潜艇的计划有所调整,最终未能装舰使用。

6000马力燃气轮机的研制成功开创了中国舰用燃气轮机的先河,打破了零的记录,从技术到材料全部立足于国内,积累的一整套设计、制造、试验、运行实践经验以及技术设施和手段,为中国舰船用燃气轮机的进一步发展和应用奠定了坚实的技术基础。后来,有关单位在该压气机前加0级、00级,使空气流量和压比增加,又将燃气初温提高到1000度,发展出一型12500马力的船用燃气轮机。与此同时,国内其他厂家也通过引进技术和自行研制,推出了一系列燃气轮机,分别用于发电、消防、油田等不同用途。

20世纪60年代以后,中国了解到西方燃气轮机大多是采用航空发动机改进的,原因是研制费用和难度较小,因此中国也开展了相关系统的研究。1967年,着眼于国产水面舰艇未来的发展,中国在国产涡喷-8发动机的基础上开始了大功率舰用燃气轮机的研究和试制。根据舰用要求,设计人员对涡喷-8发动 机的燃气发生器进行了80多项修改设计,新设计了动力涡轮及各系统,功率达到22000马力。该燃气轮机在70年代初完成样机研制,随后进行了大量的试验,1974年通过耐久试验。

从各方面来讲,国产WP-8改舰用燃气轮机接近英国的“奥林普斯”燃气轮机,但在功率、可靠性、油耗等方面的指标明显不足,因此随着配套舰艇的变化,WP-8改舰用燃气轮机的研制没有进行下去。不过,这个实践也验证了航改燃气轮机是一个多快好省的办法,可以显著降低燃气轮机的研究、设计和验证费用,因此,1983年,中国有关部门决定船用燃气轮机今后主要采用航改发展的方针。

此后,中国又发展了多型航改燃气轮机,包括以涡轴-5为原准机改型而成的792SB,以涡桨-6为基础衍生发展的涡桨-6改2甲(WJ6G2A)、涡桨-6改4甲(WJ6G4A)和409型,以涡喷-6为基础改型的涡喷-6改 (WP6G),以涡扇-9 (国产“斯贝”)为原机派生而来的涡扇-9改1甲(WS9G1A)和 410A(G2)等燃气轮机。

409型是中国首型航空涡桨发动机派生的舰用燃气轮机。1974年,以涡桨-6航空发动机派生出409舰用燃气轮机项目出台,拟用作077型扫雷艇主动力,1982年改为装备722型气垫船。改装设计的重点是,根据海军战术技术要求和气垫船的特点,将原单轴涡桨发动机改为涡轮轴发动机,即脱开原机的第三级涡轮,将其改为动力涡轮;根据计算分析结果,调整原第三级涡轮导叶的喉部面积,使之满足高、低压涡轮间的功率匹配;发动机进气由原径向改为轴向,排气由轴向改为垂直向上,设计了新的进气装置和排气涡壳;增设发动机冷却隔热罩壳、机舱排气引射系统、行星减速齿轮箱和膜片联轴器等。

20世纪70年代,中国从英国引进了“斯贝”MK202双转子涡扇发动机,国产型号为涡扇-9。该发动机在第二代涡扇发动机中性 能较好,加上考虑了舰载机要求和海洋使用 环境,因此比较适合改装为舰用燃气轮机,例如英国就在其基础上研制了“斯贝”系列燃气轮机,成为英国皇家海军舰艇80年代以后的主动力系统,并且出口到日本、荷兰等国。有鉴于此,中国有关部门也决定在涡扇-9的基础上研制新一代航改燃气轮机。

涡扇航改燃气轮机的型号为GD-1000。根据相关资料,GD-1000燃气轮机的发展采取了分两步走的方针,第一步即A型,将发动机的原低压风扇在适当的半径部位上作顶切,并对低压涡轮作相应的匹配调整。此举的优点是低压压气机的结构继承性强,改装工作量相对不大,不足之处是功率相对较小,耗油率较高,变工况性能较差。另外,“斯贝”MK202的风扇多达5级,顶切难度较大。第二步是B型, 完全舍弃原低压风扇,重新设计一个低压压气机,并对低压涡轮作相应的匹配调整。此举的优点是功率较大(重新设计的低压压气机为六级,压比升高,空气流量增大),耗油率较低,变工况性能较好,不足之处是需要重新设计低压压气机并使之与原高压压气机协调工作,技术难度较大,新结构的可靠性亦需验证。

1981年,有关单位提出在“斯贝”Mk202涡扇发动机的基础上研制新一代燃气轮机并且获得批准,几年内完成了概念设计,气动热力学和结构强度计算,低压压气机和透平机、燃烧室等部件的研制,燃气发生器和燃气轮机的设计和安装,并且进行了调试和试车。1989年,燃气发生器耐久试验及交付试验完成,1992年完成整机试验,1993年,A状态样机通过性能鉴定。根据相关资料,GD-1000燃气轮机A状态样机的性能指标为:功率13000马力,压比15,排气初温1050度,热效率不大于30%,油耗大约为265克/千瓦。时,这期间还进行了新研低压压气机的工作,使发动机的功率提高到15000马力。

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