至今仍是军推油耗最低的中等涵道比双转子航空动力装置:英国斯贝MK202发动机

飞帅 2021-10-18 08:31:13

“斯贝”MK202型是英国罗尔斯-罗伊斯公司于60年代中期研制的一种中等涵道比涡扇发动机,在当时拥有世界先进水平。广泛装备于F-4K、F-4M、幻影IV和F-104G等战斗机。

斯贝MK202由著名“三叉戟”客机的斯贝MK511演化而来,当时在较好的民用涡轮风扇发动机的基础上发展军用涡扇发动机很流行,相比MK511,MK202的涵道比由1降为0.62,还采取了提高了发动机转速和涡轮前燃气温度等措施,再配上加力燃烧室,用这种改头换面的办法,在较短的时间内就研制出了一种适用于战斗机的新型涡扇发动机,类似的例子还有瑞典的RM8,它是在民航动力JT8D的基础上发展而来的。

三叉戟客机

作为飞豹的动力,斯贝MK202的性能参数相信大家都早已耳熟能详了,因此这里特别讲一下斯贝MK202容易被忽视的三大特征:

一,它在总体设计中应用了“三元流动理论”,“三元流动理论”是我国科学家吴仲华教授在NACA工作时最早提出的,NACA是美国国家航空航天局,也就是NASA的前身。该理论认为叶轮机械的流场中包括轴流、径流、混流这三个维度的运动,并将当时尚无法求解的复杂三维流动分解为相互关联的两个面上的二维流动,使其求解成为可能。斯贝MK202发动机应用“三元流动理论”设计了即弯又扭的三维叶片,同时获得了较高的级压比、效率和变工况范围,其总体可靠性远远超过了同时代装备F14A的TF30发动机。

应用三元流理论设计的叶轮(图片来自科学技术馆)

二,斯贝MK202的最大军用推力耗油率只有0.684公斤/公斤力·小时,这个指标至今领先后来出现的F100、F110、F135等一大票发动机,仅略高于三转子的RB199,可以说至今仍然是油耗最低的中等涵道比双转子发动机。在换装斯贝之后,F4K的最大航程增加了54%,就连使得亚音速升阻比并不高的飞豹都达到了3600公里的最大航程,假如苏27的AL31F也有如此低的耗油率,其航程突破5000公里也是可能的。

装备斯贝MK202的F4K战斗机

为了达到如此低的耗油率,斯贝MK202主要采取了三个方面的措施:

①采用了0.62的较高涵道比,这虽然使其中间状态油耗非常出色,代价却是高空高速性能的下降,F4K在换装斯贝发动机后,尽管推力增加了2吨多,最大速度却由2.2马赫降至1.9马赫,高空性能也有所下降。

较高的涵道比,可降低中间状态油耗

②总压比达到20,这在当时已经非常高了,美国十几年后研制的F100-PW-100涡扇发动机的总压比才25,但为了这个20的总压比,斯贝MK202采用了5级风扇、12级高压压气机、高低压涡轮各两级,共达21级,长度达5.2米,重达1842公斤,再加上较笨重的环管形燃烧室,导致斯贝MK202推重比有5多一点。

F100-PW-100涡扇发动机

③涡轮前温度达到了1500K,这个指标在当时同样也是非常出色的,还以10年后的F100为例,它的涡轮前温度才1399℃,即1672K。

这就奇怪了,斯贝MK202的总压比和涡轮前温度都很高,为何推重比却这么低呢?原因就是下面说的,它为了寿命和可靠性牺牲了推重比。

三,斯贝MK202最大的优势就在于可靠性高、寿命长。它很早就采用了单元体设计,且因工艺精湛,可维护性出色。按照英国罗罗公司的说法,只要不断更新单元体,理论上1台斯贝Mk202涡扇发动机可拥有近乎无限的寿命期。需要强调的是,苏联和英国在发动机设计研制能力上相差巨大,二者在产品的寿命和可靠性、维护性上根本不是一个等级,而我国仿制于苏联的产品,在品质上又打了折扣。以致于英国库存二手斯贝发动机的剩余寿命都比国产新发动机的整个生命周期长。

其原因除了斯贝MK202大量应用真空热处理、金属喷漆等先进工艺外,其严格的质量管理和寿命考核体系起到的作用更大。

斯贝MK202的加力燃烧室和尾喷口(图片来自航空之家)

在航空动力这个高科技密集度的领域,仅仅会造是远远不够的,如果没有足够的积累,多年以后很容易船过水无痕般地一无所获。这集中反映在我国航空发动机长期在低水平、低质量状态徘徊上。仿制斯贝MK202最大的收获是建立了英式严谨风格的航空发动机研制体系。

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评论列表
  • 鬼才 69
    2021-10-18 11:47

    要是听那些国外回来的经济学家,去工业化,力推第三产业。那才是麻烦事

    细眼看世界 回复:
    产业升级没有错,企业改制变了味。
    细眼看世界 回复:
    他算拿鹅毛扇子的。
  • 2021-10-18 10:31

    可惜75年就引进技术的斯贝在我国扔仓库里十几年吃灰才开始仿制,到2003年仿制版“秦岭”才生产定型。更可惜的是本来舰载版的斯贝SM1燃气轮机八十年代很有机会可以引进的,那时候看上了更先进性能更好的LM2500,后来引进LM2500的事吹了斯贝SM1也没捞到手,害海军长年没有合适发动机只能靠蒸汽轮机混日子

    思念风的云 回复:
    没啥可惜的,就上世纪改开后都以发展经济为重就空军那点经费,原先搞歼八后来搞歼十就没了[得瑟],歼轰七都是哈海军紧巴巴的搞出来的,更别说配套的发动机了[得瑟]
    古月照今尘 回复:
    可惜了斯贝202,这事别再提了,提起来全是泪啊。
  • 2021-10-18 14:31

    [得瑟]中国引进斯贝四十年,才搞定仿制!要命的是,期间有问题了,还找英国厂家咨询,结果英国方面告诉歌星厂,这问题在哪部分的资料上有………连资料都不看的发动厂,拖累中国军机N多年!!!

    谁都不容易 回复:
    哪里有你说的那样啊,当初资料肯定是研究了的,可造出来的东西就是不能用,比如馒头蒸的流程交给你了,可是用什么面,用多少度热水和面,放多少发酵粉,和好面放多长时间,这一系列细节问题,导致斯贝国产化出来的,压根不能了用,询问英国人,人家回答,只给了你技术资料,底层的工艺和基础材料不在购买范围内。
    孟境 回复:
    然后2000年之后西安发动机还是没弄明白斯贝,涡扇-9国产化率上不去,第一批去掉翼刀,三片风挡改成整体风挡的飞豹改进型(歼轰-7A)还得从英国进口斯贝。[无奈吐舌]
  • 2021-10-18 16:30

    罗罗就是牛

    无声狂啸 回复:
    出口被米帝按死,阴帝自家又没钱采购,每况日下快倒闭了。动力沙皇的大推和涡轴也很牛,一样的原因也快死了
    污水处理工 回复:
    牛的都快黄摊了
  • 2021-10-18 16:05

    日不落是第一个工业发达国家,技术储备非常深厚,肯定不如美帝,略优高卢雄鸡和德国[得瑟]

    CHE 回复:
    正视差距不代表崇洋媚外,世界航发三巨头美国普惠通用电气,英国罗罗,无论产品种类性能参数可靠性都是当之无愧的一流,俄法算二流,斯贝60年代的技术当年买了几十台样品加全套技术图纸硬是啃了三十年才算消化完全这就是差距。
    用户15xxx32 回复: CHE
    航发买个图纸,就能作的啊。普惠和通用航发都修修改改才能用的。航空界有句老话,真真作航发就一家。还有不要看不起斯贝,就耗油现在也一流,只是太重了,那是没办法的,航发主要依靠材料学和化工的进步。我们一定是要到这几年才能挤进前几的,就8090年代,每年那4,5十万大学生和科研经费想研发航发是梦想。
  • ki 11
    2021-10-18 15:07

    RB199才是神器,推比比F404高,比F404省油,而且很省油,寿命也高,最关键是RB199的高空性能比F404高很多,就是英国没有继续发展了,而是改回用双转子的EJ200了

    大喵子 回复:
    又贵又复杂,优势不明显,动力响应不泼辣
    HB 回复:
    结构就要了命了,现在气动理论很成熟,很难有大的突破,航发的问题都卡在结构和材料上。
  • 2021-10-18 13:00

    推重比太低,军转民倒是不错

    用户17xxx30 回复:
    [得瑟]这货是民转军发展而来
  • 2021-10-28 00:46

    1975年中国在拿到斯贝的全套技术图纸之后开始搞山寨工程,等到2003年才正式完成全部国产化,足足用了28年时间才最终消化这个英国人60年代水平的发动机,可喜可贺,可喜可贺[得瑟]

    瑞虎 回复:
    没办法,不光缺钱,还被系统其它厂的扯后腿,下黑手,打闷棍
  • [得瑟]转起来持续更新的工业体系非常重要,所以直升机的民用化水平制约发展水平。

  • 2021-10-18 22:38

    这么高的涵道比这么高的涡轮进口温度这么多的压气机级数压比才20?可见单级压气效率不高啊!压气机技术是米帝最牛了

    bobosa 回复:
    有什么办法。这个发动机是人家60年代搞出来的[得瑟]你以为是现在的么?现在使用的大小叶片压气机可以做到单级压缩比3.5以上。40多的压比指标只需要3级就够了
    用户10xxx04 回复:
    建议看一下雅克上的那台涡喷升力发动机
  • 2021-10-18 09:24

    省油是省油,但是5.05的推重比实在是太低了,要是能达到7,将是一代神机

  • 2021-10-18 23:45

    劳斯莱斯

  • 2021-11-04 16:10

    巡航不加力省油如蜗牛,作战加力费油如红牛。加力时推重比为5,攻击时追不上对手,规避时逃不掉

  • 2021-11-20 00:17

    英国60年代就造出了涡轮风扇发动机,我们2020年代都还没搞明白,有人还嘲讽英国衰落了。

    爸爸 回复:
    哈哈哈哈
  • jss 6
    2021-11-20 23:44

    中国发动机一直继承苏联,但是苏联油耗都高,欧美的确实省油

  • 2021-10-18 09:21

    图3不是鬼怪k 而是鬼怪e后期型

  • 2021-10-18 21:39

    劳斯莱斯(罗尔斯-罗伊斯)的发动机给力

  • 2021-10-18 18:27

    真正打起来,这些能飞几个小时?将来,无人机满天飞…… 发动机能稳定可靠工作100小时就够了。便宜才是硬道理。

    适度的情调 回复:
    经典的外行话[点赞]
    默然无言 回复:
    你是猴子请来的逗逼吗?
  • 2021-11-05 20:00

    航程增加54%我是不信的,斯贝发动机的直径大,装到F4上不得不修改后机身,阻力增大,航程增加的并不明显。而且由于修改了后机身,别的性能反倒恶化了

  • 2021-11-29 10:56

    趋势省油,JH7A30吨的重量带三个副油箱作战半径能有1600

  • 2021-10-18 11:46

    厉害

  • 2021-10-18 09:31

    低油耗是增加航程最重要的指标[点赞]

  • 2021-10-18 11:38

    推力小是淘汰的硬伤

  • 2021-10-26 23:52

    加力油耗比涡喷还大,就别吹了好吗?

    用户10xxx70 回复:
    涡扇的特性就是如此,涵道比越大,加力油耗越大
  • 2021-12-08 15:51

    厉害[点赞]

  • 2021-10-20 22:30

    娓娓道来真实可信。

  • 2021-10-28 17:33

    大英帝国为数不多的好东西,想保也一定要保住的东西,可能买不来,需要我们攻克难关

  • 2021-11-10 14:10

    美中不足的是推重比不足,才5.5-6:1

  • 2021-12-06 17:05

    可以用在无人机啊

  • 2022-01-07 23:21

    大英帝国最后的辉煌[得瑟],只有发动机了

  • 2021-11-22 14:01

    厉害[点赞]

  • 2021-12-03 09:12

    废铜烂铁吹的神乎其神。

  • 2022-01-08 21:37

    斯贝我们也花了40年才吃透。军用发动机属于工业科技顶流了。

  • 2021-10-18 18:28

    它应用的国内科学家提出的理论,有些悲哀,[流鼻涕][流鼻涕][流鼻涕]

  • 2021-10-24 10:33

    为什么都自己认为很了不起?中国在航空发动机发展计划上有过巨大的争议,是性能还是质量,还是两者兼顾,这造成了中国航空发动机性能不高寿命又低的窘境,关键核心问题是航空发动机的主要原材料掌握在美英俄等几个国家手里。

    水墨 回复:
    那得看你理解的高质量 体现在哪 高质量不等于维护成本低 你只能说同样价格成本的情况下 可维护性(或者说高质量)的发动机 运行成本更低
    水墨 回复:
    对了 还有最重要的一点 就是适装规模
  • 2021-11-03 10:22

    咋感觉装在轰六上挺合适的?

  • 2021-12-08 15:51

    厉害

  • 2022-01-04 20:35

    曾经看到过放在一起的斯贝和某八,感觉一个是艺术品,一个是地摊货

  • 2022-01-05 11:51

    抄袭抄袭再抄袭

  • 2021-11-26 21:24

    这个发动机当时确实好,现在拿它比今天的发动机没有太大的意义。有了它我们欧美系发动机的制造思路。

  • 2021-12-12 11:29

    用来做客机,轰炸机动力

  • 2021-12-24 17:02

    英国库存二手斯贝发动机的剩余寿命都比国产新发动机的整个生命周期长[病了哦]

  • 2022-01-07 21:33

    军推领域英国已经远远落后中美了。

  • 2022-01-10 18:12

    国内航发工业就是决策太蠢导致步步落后。

  • 2021-12-24 16:36

    其实英国才是大师傅,