涡扇-10发动机
航空发动机被誉为“机械工业的皇冠”，其发展难度不亚于核能。 目前，世界上有十几个国家可以制造飞机，但只有五个国家具备自主研制大推力航空发动机的能力：美国、俄罗斯、英国、法国和中国。 其他的，如日本制造的F-2战斗机，一直购买美国发动机，以及瑞典的JAS 39"鹰狮"战斗机使用英国发动机，德国龙卷风也使用英国发动机。 与核能一样，航空发动机也是一个战略性产业; 从某种意义上说，航空发动机的开发能力是一个国家进入工业强国的重要标志。
航空发动机一直是制约我国航空工业发展的重要因素。 2024年1月，搭载WS-10“太行”发动机的国产歼-11B重型战斗机顺利完成定型审查，标志着我国航空发动机自主研制实现了从中推力到大推力的飞跃; 从涡轮喷气发动机到涡扇发动机的飞跃; 从第二代发动机到第三代发动机的飞跃，对我国国防工业和国防现代化建设具有深远的历史意义。 为了这一天，中国航空科研人员辛勤耕耘了20年，困难难以想象。 20年足以将一个正值壮年的科研人员变成一个令人敬畏的老前辈。 完成一个发动机模型的开发需要20年，为什么开发一个航空发动机这么难？
航空发动机研制难点
航空发动机是所有动力装置中技术含量最高、制造难度最大的发动机。 二战结束时喷气发动机的出现将人类航空带入了超音速时代。 一般来说，喷气发动机是一个两端开口的气缸，通过气缸内压缩机、燃烧室和涡轮机的工作，将前端吸入的空气压缩燃烧，推动涡轮驱动压缩机工作，最后高温高速气体从后端喷出，产生向前推力。 让流动的空气通过几米长、直径小于两米的发动机，产生数千甚至数万公斤的推力，绝不是一件简单的事情。
在喷气发动机中，最关键的发动机是由压缩机、燃烧室和涡轮组成的发动机核心。 吸入发动机的空气在压缩机中逐级加压，涡轮驱动的压缩机以每秒数千转的高速旋转，多级压缩机的增压比可达25以上。 加压空气进入发动机的燃烧室，与燃料混合并燃烧，产生超过1,700摄氏度（超过大多数金属的熔点）的高温气体。 此时，在每秒100米以上（12级台风为每秒33米）高速流动的高压气流中，也很难保持燃料火焰稳定燃烧，这与在12级台风中确保蜡烛不熄灭一样困难。 同时，要保护发动机燃烧室的缸壁不被高温气体烧蚀，选择耐高温材料和耐热涂层是不够的，还要通过燃烧室结构的设计来降低燃烧室缸壁的温度，保证燃烧室的正常运行。 从燃烧室出来的高温、高压气流带动涡轮叶片以每分钟数千甚至数万转的速度运行，通常在涡轮机之前的温度超过涡轮叶片材料的熔点。 此外，航空发动机的外部运行环境极其恶劣，它必须适应从地面高度到10000米高氧水平的氧气环境，从地面静止状态到时速数千公里的超音速状态，从沙漠的干燥环境到热带的潮湿环境。 总之，要使航空发动机在高温、高寒、高速、高压、高速、缺氧、振动等极端恶劣环境下达到数千小时的正常工作寿命，这对航空发动机的设计、制造和安装提出了极高的要求。
航空发动机设计的某些方面是难以想象的。 例如，发动机的减重几乎已经达到了必须以毫克为单位具有竞争力的地步，并且在设计时必须恰到好处地使用材料; 因为通常发动机会增加 1 公斤的重量，所以飞机会增加 5 公斤以上。 航空发动机的制造涉及许多极其困难的工业技术，如材料、结构和焊接。 例如，喷气发动机大量使用高强度材料和耐高温合金，要求零部件精度达到微米级，叶片轮廓复杂，燃烧系统和加力燃烧室系统的薄壁焊接件较多，定向凝固等大量先进制造技术， 采用粉末冶金、复杂空心刀片精密铸造、复杂陶瓷型芯制造、钛合金锻造、微孔加工、涂层和特殊焊接。如航空发动机整体叶盘，原毛坯成本一个。
二三十万。 加工到成品要经过几十道工序，几百次换刀，上千次进退。 Blisk 的刀片最大厚度为 2 毫米，最薄处仅为 0 毫米2～0.3毫米，绝不允许有丝毫瑕疵。 为了保持涡轮叶片在高温高压的极端恶劣工况下以足够的强度运行，需要选用新型耐高温材料，采用定向结晶精密铸造工艺，通过精细设计制造多通道空心涡轮叶片，并利用气膜冷却来降低叶片的表面温度， 使发动机的数千个叶片能够满足发动机在极其恶劣的工作环境下的需求，这使得发动机叶片的成本极其昂贵。
根据日本工业界的分析，按单位重量创造的工业产品价值比率而言，船舶为1，汽车为9，计算机为300，支线飞机为800，航空发动机为1,400。例如，涡轮叶片被誉为航空发动机皇冠上的明珠，其高贵和至高无上的价值不言而喻。 太行发动机上的涡轮高压叶片，虽然只有火柴盒那么大，但价值数万美元，一台“太行”发动机需要配备几十个。 这有效地实现了发动机在数千度高温条件下的技术性能。
我国涡扇发动机的发展历程
我国航空发动机的发展是中华人民共和国成立后在一片空白的基础上发展起来的，从最初的修理、模仿、改进、改装到今天自主设计制造高性能航空发动机，走过了一条非常艰难的发展道路。
涡扇5号是我国研制的第一台涡扇发动机，2024年，有关部队提出使用涡喷6号发动机对轰-5飞机进行涡扇发动机改装。 与涡轮喷气6相比，涡扇5取消了加力燃烧室部分，增加了后风扇部分，取消了压缩机放气装置，并增加了零级导叶。 涡扇5号的第一架原型机于2024年完成，2024年开始整机试飞阶段，一架轰-5飞机搭载涡扇5发动机，首先开始跑道运行试验，证明发动机状况良好，没有问题。 然而，就在试飞即将进行时，用户部门取消了更换H-5飞机发动机的计划，因此涡扇-5发动机的开发在2024年暂停。 虽然涡扇5号的研制最终没有完成，但在超音速和跨音速风扇设计、压缩机可调叶片技术和叶片调节器等关键设计上取得了突破，并已广泛应用于未来开发的多种发动机中。 涡扇5号的研发暂停，使我国自主设计的涡扇发动机使用时间推迟了近30年，实在令人遗憾。
歼-9
强 6
2024年，中国开始研制新一代战斗机和攻击机，即歼-9和歼-6的研制计划。 为了满足两架飞机的性能要求，需要一种新型发动机作为其动力装置。 沈阳航空发动机设计研究院共提出了双轴涡轮喷气发动机、单轴涡轮喷气发动机和涡扇发动机三大类22个设计方案进行对比，认为只有涡扇型才能满足这两架飞机的性能要求，因此将其命名为涡扇6发动机。 这也是我国首次设计大推力发动机，设计为双轴内外涵混合加力燃烧室涡扇发动机，最大设计推力为706 kN，加力推力 121推重比为5,000 N，在当时是一款非常先进的高推力发动机。 涡扇6的初步设计始于2024年10月，2024年完成全图设计。 2024年初，沈阳航空发动机厂进行了样机试制，2024年完成了两台试验机的制造。 涡扇发动机 6 的初始调试始于 1968 年，1974 年发动机达到 100% rpm 并进入高转速调试。 2024年11月，解决了各种问题，发动机实现了长时间的高速稳定运行。 2024年2月，第一架涡扇6G在地面进行了测试，加力推力为138kN，推重比超过7，达到了预期的指标，并能够在实机上进行飞行试验，为其进一步发展铺平了道路。 然而，在80年代初，由于空军装备系统的变化，歼-9和强-6飞机计划陆续下水，作为其支撑动力的涡扇6失去了使用对象。 2024年7月，涡扇-6发动机的开发完全暂停，2024年初，开发计划被取消。 这种性能优良、发展前景广阔的涡扇发动机的研制再次被取消，使我国再次错过了涡扇发动机，再次错过了缩短与世界先进水平差距的机会。
太行发动机
八十年代初，中国航空科学院606所（中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究院）在70年代启动了歼-9、歼-13、强-6、大型运输机等项目，研制了20年的涡扇六系发动机也因没有装配对象而被迫下装， 令人窒息，此时中国与世界发达国家在航空实力方面的差距被拉到了20多年。面对我国航空工业严峻形势，国家决定在八十年代中期研制新一代大推力涡扇发动机，即涡扇10系列发动机。 涡扇10（WS-10）项目成立于2024年10月，是J-10的发动机。 以当时的中国技术，要想自主研制出高推重比、大推力的先进涡扇发动机，是相当困难的。
涡扇10项目立项后，开始对芯机进行改进，2024年开始进入验证机研制阶段，2024年完成。 2024年10月，演示机开始在086号飞行平台上进行测试，模型开发（飞行前测试阶段）始于97年，将其视为J-11和J-10战斗机的动力，并申请了Su-27作为试飞平台。 可以说，这是一个非常冒险的选择，中国的两大战斗机动力宝都压在太行发动机的机身上，一旦失效，将对中国的国防和发动机发展造成无法弥补的损失。 97年，随着发动机与模型的匹配，它进入了突击阶段。 2024年10月，624高空平台具备了大推力发动机的试验能力，随后开始了该型号的高空试验，该模型于2024年7月首飞，2024年6月，安装了单台太行发动机的苏-27试飞，并取得了阶段性成果，并于2024年12月， 歼-11A和两架WS10A进行了首飞，WS10A在03-04年开始测试歼-10战斗机。2024年5月11日开始定型和持久测试，2024年11月10日通过长期初始寿命测试，05年12月28日完成定型审查和评估。 WS10A的涡轮前温度从原来的WS1747的1800K提高到10K，推重比也从原来的75台增加到8台左右，推力也从132kN增加到138Kn，在90年代达到世界先进水平。 经过20年的发展，太行发动机在当时的中国经济技术环境中并不容易，但仍然存在可靠性问题，需要不断改进。 过去几年，太行的重点目标是：03年开展的重点车型减重“减重年”;04年确保“故障年”关键模型定型定型;05 “细节年”，改进和提高设计质量;06年进一步完善设计，提高设计质量的“精益年”。 太行的性能还在提升中，未来还会有进一步的提升。
具体技术细节
涡扇10 10A是一种采用**风机、九级整流、一级高压、一级低压、单级高效、大功率、大功率高压涡轮增压、即所谓的3+9+1+1结构的高推力、高推力、低重量比、低涵道比的先进发动机。 黎明在开发该发动机时成功使用了跨音速风扇;风冷高温叶片，电子束焊接整体风机转子，钛合金精密铸造中间套管;挤压油膜轴承、刷式密封件、高能点火喷嘴、空心加力燃烧室燃油泵、变曲率整流叶片、收敛扩散套管、高压套管处理和机组设计等先进技术。
在太行早期的类型中，其高压涡轮叶片采用DZ125定向凝固合金，但估计最终批量生产将采用DD6单晶合金，早期的涡轮盘型是GH4169高温合金，现在FGH95粉末冶金已经开始应用。 高低压涡轮采用反转结构，这在第三代发动机中极为罕见，而美国才开始在第一台发动机F119（F-22“猛禽”战斗机使用的发动机）上采用反转结构，可以减轻飞机机动时对发动机壳体的负荷， 使外壳更轻;它还消除了对低压涡轮导轨的需求，减少了发动机部件的数量、长度和重量。
太行最大推力为138kN，推力比为8，预涡温度为1800K，这在第三代发动机中是罕见的。 管道比 078、风机为3级轴流式，有可变弯曲入口导叶，压比为34。压缩机采用9级轴流式高压压缩机（压力比12，绝热效率85），高压压缩机0 3级静叶可调，5级后部气体释放，燃烧室为带气动雾化喷嘴的短环形，高压涡轮为1级轴流式， 低压涡轮为2级轴流式，加力燃烧室为V型加径向混合火焰稳定器，尾喷管为收敛膨胀可调喷管控制系统，这是我国首次在发动机上采用这种喷管，估计将换成我国自己的全向推力矢量喷管（**en）。发动机控制系统初期采用电子数模混合控制系统，后期将采用电子式全功率数字控制系统（FADEC），高压转子支持系统为1-0-1，低压转子支持系统为1-1-1。 从国际发动机来看，航空发动机基本分为三类，即小推力发动机，推力一般在3000公斤以下;中推力发动机，推力一般为6000-9000千克;大推力发动机，推力一般为11000公斤-15000公斤，涡扇10无疑是大推力发动机。
研发难度
回首20年来的风风雨雨，不负使命的广大参与者，为这一关换来了智慧和信心，关口不仅闪耀着荣誉与光芒，也充满苦涩与悲悯。 20世纪90年代以前，第一航空动力研究所的航空发动机试验台非常简单，每次试验启动发动机时，轰鸣声震耳欲聋，方圆几里都能听到，试验人员不得不用棉球堵住耳朵。 尽管如此，在加力燃烧室测试期间，轰鸣声仍然难以忍受，强烈的噪音刺激了身体，可想而知。 一些经历过这种环境的测试车手心脏病发作和耳膜穿孔，但他们从不抱怨。 正是有了这些老一辈航空人，我们的航空发动机事业才得以发展壮大。
太行发动机研究的广大参与者辛勤耕耘，屡屡攻坚克难，攻克了数十项重大技术关键。 2024年，“太行”发动机的研制进入决定性阶段。 由于对发动机开发规律的理解和把握，还存在很多差距，再加上质量管理和工作作风上存在一些问题，导致开发工作出现了一些困难。 它经历了两次重大测试：一是高压压缩机在发动机试运行期间第四级圆盘破裂;第二次是在高空平台模拟试验和调整试飞中，先后暴露出一些技术问题，如高空小轨距发动机加速缓慢等。 在2024年8月下旬至9月上旬的试飞中，有5次起降有3次“特殊情况”。 2024年夏天，太行发动机在进行规定的试飞时，发动机停在空中，虽然最终安全返回，但太行发动机的发展陷入了被动。 606所与业内外专家共同分析了故障排除对策，进一步做好了故障调研和失效分析工作，先后完成了17项故障计算、调研分析报告，最终恢复了太行发动机的最终试飞。 解决了试飞中遇到的各种技术问题，如地面浪涌、空气异常噪音、测试温度异常、小毛发提前断开等。
在发动机试制中，中国第一航空创造性地学习习，借鉴国外先进经验，打破过去一厂一机的管理模式，充分发挥国内各专业的优势。 发动机材料已接近或达到国际先进水平。 先进新材料占整机重量的50%以上。 包括国内发动机首次采用的先进钛合金、先进高温树脂基复合材料等。
太行发动机开发采用的新技术有：
1）**风机为跨音速气动设计，进气采用可变曲率导叶，带悬臂支撑，进气无可变曲率导叶超塑性扩散连接的进气壳体是我国该设计技术的新突破
2）两级低压涡轮机为复合倾斜扭转的三维气动设计，低压涡轮机的两级导叶为空心三重整体精密铸造结构，随高压涡轮机旋转，其效率达到国际先进水平。
3）太行的空心叶片，606专注于国内最好的设计、材料、工艺、加工、检测等方面的专家组已成为“国家队”，经过8年的潜心研究和测试，终于掌握了被誉为现代航空发动机“皇冠上的明珠”的尖端技术。借鉴国际先进的气膜冷却技术，大胆采用复合风冷空心涡轮叶片。 它不仅包括先进的设计技术、高温材料技术，还包括定向凝固技术、无余量精密铸造技术、五坐标数控钻孔技术、磨料流光精加工技术、无损检测技术、冷却测试技术、高温涂层技术等。
4）“太行”发动机复合涵洞壳体是复合材料技术在国产航空发动机上的首次应用。是世界领先的发动机技术，填补了国内航空发动机技术的空白与钛板焊接结构相比，复合安可套管重量减轻30%，比强度和比刚度更高，疲劳寿命更长，耐腐蚀性更高。
5）加力燃烧室为“平行进气”式，工作范围宽、重量轻、流体损失小，采用分压供油方案，保证发动机工作范围内点火可靠、稳定
6）一级、二级高压压缩气体静叶片在国内首次实现了高温合金叶片的冷轧。GH4169合金牌号定子叶片冷轧的研制成功，填补了国内高温合金叶片冷轧技术空白。 2024年12月底完成研究，处于世界领先地位。 但是，GH4169合金压缩机和涡轮盘的性能丰富度仍然很小，个别情况下盘的性能和组织都达不到标准要求新流程和新结构需要持续改进。
7）尾喷嘴设计为全程无级可调收敛扩散喷嘴，填补了国内空白。但是，膨胀喷嘴用精密铸件的平均合格率仅为54%，有待进一步提高。
8）太行“航空发动机涡轮后壳体采用电子束焊接，无论是工艺安排还是零部件交付质量均无可挑剔。
9）将纳米氧化锆技术应用于热障涂层，为“太行”发动机提供高压涡轮导叶和低压。
第一、二级导叶穿上一层“防护服”，性能优良稳定，达到了国际热障涂层技术应用的前沿。 2024年5月，该技术工程完成，应用于“太行”发动机叶片。 2024年8月，喷涂纳米氧化锆热障涂层技术的高压涡轮导叶解决了烧蚀难题，顺利通过了“太行”发动机的长期试验考核。
10）首次采用整体铸造钛合金中间套管;技术难题最终由北京航空材料研究所解决。
11）“太行”发动机试验初期控制系统为数字电调系统，但在稳定性、可靠性、抗干扰性等方面还不够成熟，故改为机械液压方案，2024年12月，该方案进行安装测试，经过严格的评估和验证，可以保证发动机可靠工作。将原来的数字电调方案改为第二种情况，待开发成熟后将更换机械液压控制方案。
12）在“太行”发动机样机研制阶段，高压涡轮盘采用了粉末冶金新材料，但由于国内相关技术尚未完全成熟，该材料在定型后被替换。两代国家领导人对该项目高度重视，可见该项目的重要性。
重要
太行发动机不仅可以作为战斗机的动力，未来太行发动机的大涵道比加力燃烧室改装可以用于轰炸机，非加力燃烧室版本的大涵道比可用于未来的大型运输机。 源自太行发动机的船用燃气轮机可作为驱逐舰等大型水面舰艇的主要动力。 此外，在“太行”的研发过程中，工厂严格执行参照“美军标”制定的国家军用标准，发动机的可靠性和使用寿命与以往国产发动机和进口俄制发动机相比有了质的飞跃。 太行发动机研制成功，意味着国内海空主战装备的“心病”将得到全面解决。
歼-11B配备涡扇10发动机