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提起航空发动机寿命,很多人各种吹嘘美国航空发动机寿命。例如,很多人把F119发动机寿命吹成8000小时,甚至12000小时,F135寿命直接吹成12000小时。然而,实际上这个说法既不科学,也不准确。
美国航空发动机维修采用“视情维护”原则,以循环周期为计算标准。
据了解,美国F15战机的机体设计寿命约为8000小时,相当于40年,但实际上每6年或者1200小时就要大修一次,更换部分零部件,采用的是“视情维护”原则。而美国航空发动机也是采用“视情维护”原则,简单来说就是哪个零部件检测指标不合格就换哪个,检测指标合格的零部件则继续使用,而不必考虑使用时间长短问题。其中热端部件和冷端部件使用寿命是不一样的,热端部件长期在高温高压恶劣环境下工作,使用寿命远低于冷端寿命。美国空军战机使用的航空发动机甚至会出现整个发动机主要单元体几乎换了一遍的情况。
由于技术进步日新月异,在长达8000小时的全寿命期内,F15通常不会一直不改进提升,起码部分航电系统和机载雷达是会升级换代的,甚至增加部分新模块。这会导致升级后的战机重量增大,需要换装推力更大的发动机。如果发动机寿命与机体同寿,若战机经过升级后增重不少,就需要换装推力更大的发动机,这又会导致原有发动机在剩余使用寿命还很长的前提下被迫退役,并不划算。因此,军用航空发动机的使用寿命一般达不到8000小时,通常只有4000小时。事实上,欧美国家的军用航空发动机使用寿命一般只有2000~4000小时,少数先进军用发动机使用寿命可达6000小时,降推力使用寿命可达12000小时。例如,美制F414EPE发动机设计寿命为4000小时,大修间隔时间为2000小时,但若降低20%推力,其寿命可达增加2倍,达到12000小时。
实际上,美国衡量航空发动机的指标并不是“小时”,而是TAC(循环周期)。
“国防科技信息网”于2010年9月28日发布的《普惠公司F119发动机验证其全寿命能力》报道提到美制F119发动机设计使用寿命可达8650TAC。“国防科技信息网”于2013年9月16日发布的《廷克空军基地提高F119发动机修理能力》报道则提到F119发动机大修寿命是4325TAC。在和平时期,4325TAC大约等于2162.5小时,8650TAC大约等于4325小时。
很多报道说民用发动机CFM56的寿命是3万小时。查询CFM56的维修手册证实,CFM56的冷端部件使用寿命确实是2~3万小时,但是其热端寿命却只有8000~9000小时。若真要用3万小时,则需要整体更换热端部件3~4次。
参考CFM56的热端寿命也就是8000-9000小时,考虑民发追求极致可靠性,同样的材料,涡前温度会适当放低,以提升关键部件耐高温冗余度,从而延长使用寿命。而军用发动机追求性能,涡前温度会尽可能接近材料性能极限,热端能达到4000TAC/2000小时就很好了。
至于为什么某些人会把F119发动机的使用寿命吹成8000小时,大概是因为他们把“循环周期”与小时搞混了,认为两者是同一个意思。
按照早年珠海航展上公布的数据,涡扇10B的使用寿命可达2000小时,而随着近年来我国在材料、工艺等方面的技术进步,据说其寿命已经提升到3000小时,与美制同类发动机差不多。
其实要提升使用寿命并没那么难,提高耐高温冗余度即可。例如原本高压涡轮耐高温为1850K,设计涡轮温度为1800K,如果限制油门,将涡前温度降低到1700K,那么使用寿命翻三倍并不难。美国F414EDE就是通过软件限制油门给油量,将推力降低20%,寿命相比F414EPE增加2倍,但两者硬件上并无任何区别,只是控制软件有区别而已。
理论上,只要使用寿命能做到3000小时,通过限制推力就能做到9000小时。当然,如果不考虑成本,通过新技术特别强化高压涡轮和其他关键零部件,使用寿命做到12000小时也是没问题的,但这样做实际上并不划算,因此很少这么做。
航空专家宋心之曾透露,涡扇15设计寿命可达4000小时,那就与美国先进发动机没有区别了,以后谁拿涡扇15的使用寿命说事,就贻笑大方了。
实际上,美国的航空发动机技术真正厉害之处是检测手段先进,设备,部件的标准化。
美国航空发动机确实厉害,但实际上它的真正厉害之处并不是发动机本身,而是全套航空发动机工业体系更加科学合理。
据了解,美国航空发动机被设计成很多单元体,每个单元体都可以随便直接更换,而且单个零件质量好,外场随便换,更换后甚至都不用等通过试车,维修员就可以直接下班,因为更换安装非常方便。其中机匣被设计成2瓣,拆卸时只要把螺栓拆卸下来即可。因此,美国空军好多航空发动机都是直接原位换件解决问题,而俄罗斯的发动机外场检测水平极其低下,动不动就要返厂,而且返厂是不算大修的。
俄罗斯发动机设计问题比较多,机匣由一个个圆筒拼接在一起,附件设计得乱七八糟,外场只能换附件。发动机本体里面的零部件出问题了,基本都得回厂里拆解换,这种返厂正常换件修理,类似俄罗斯发动机外场换外面的附件,不影响发动机的本体寿命。
能够做到这点,根本原因在于它的检测手段先进,在用户的维修车间就能通过各种检测设备检测各单元是否有问题,发现问题直接更换单元即可。这就要求每个航空发动机单元体都要设计合理,容易拆卸,制造过程中公差要足够小才行,而且出厂要做到百分百合格。做到这点既要求从设计阶段就要考虑维修简便性,又要求制造阶段要有一整套完善的质量管控体系。
综上所述,其实美国的军用航空发动机设计寿命并没有某些人吹嘘的那么厉害,而是人家的管理流程更科学,维修保养手段更好,标准件公差更小。这背后体现的是流水线生产总体水平,需要更科学的管理体系,素质更高的产业工人,更完善的检测手段。
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