■ 顏 維/中國航發(fā)南方

2017年12月24日，大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機(jī)AG600“鯤龍”成功首飛，這是我國大飛機(jī)項(xiàng)目（運(yùn)20、C919、AG600）中唯一安裝國產(chǎn)發(fā)動機(jī)進(jìn)行首飛的機(jī)型，其動力裝置為中國航發(fā)南方生產(chǎn)的渦槳6（WJ6）發(fā)動機(jī)。經(jīng)過40年的持續(xù)改進(jìn)與延壽，該發(fā)動機(jī)的制造技術(shù)成熟、可靠性高并具有較長壽命，是目前我國裝機(jī)數(shù)量最多、累計(jì)飛行時間和服役時間最長的國產(chǎn)發(fā)動機(jī)。

型號發(fā)展

發(fā)展歷程

WJ6發(fā)動機(jī)于1969年8月開始研制，1970年9月試制出第一臺發(fā)動機(jī)，1976年通過設(shè)計(jì)定型審查，1977年正式批準(zhǔn)定型投入小批量生產(chǎn)，首翻期為500h。投入小批量生產(chǎn)以后，至1983年完全解決了設(shè)計(jì)定型時遺留的問題，并將小批量生產(chǎn)階段的500h暫定壽命延長至1000h。1983—1986年，通過開展結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提高制造質(zhì)量，并結(jié)合外場使用，將發(fā)動機(jī)的首翻期逐步延長至2000h。通過壽命考核試車，結(jié)合發(fā)動機(jī)外場領(lǐng)先使用，WJ6發(fā)動機(jī)總壽命分批次分階段逐步延長至5000h以上。

從1991年起，為了開拓民用市場，按照CCAR-33部要求，開展了WJ6發(fā)動機(jī)適航取證工作，進(jìn)行了全面的計(jì)算分析工作，補(bǔ)充進(jìn)行防火試驗(yàn)、超轉(zhuǎn)試驗(yàn)、振動試驗(yàn)、功率及推力響應(yīng)試驗(yàn)、校準(zhǔn)試驗(yàn)、持久試驗(yàn)、超溫試驗(yàn)和工作試驗(yàn)，完成了空中再起動飛行試驗(yàn)。結(jié)合符合性聲明、說明性文件、安全評估等符合性方法，系統(tǒng)說明了其余適航條款的符合性。WJ6發(fā)動機(jī)于1993年2月取得型號合格證，1996年3月取得生產(chǎn)許可證。

2017年12月24日，AG600安裝4臺WJ6發(fā)動機(jī)成功首飛（攝影：岳書華）

WJ6發(fā)動機(jī)

基本構(gòu)型

WJ6發(fā)動機(jī)由減速器、附件傳動裝置、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、排氣裝置，以及燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、螺旋槳操縱系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)組成。

WJ6的減速器為雙級封閉差動游星式，可將發(fā)動機(jī)輸出軸功率分為兩路傳遞給螺旋槳，并降低螺旋槳轉(zhuǎn)速。減速器內(nèi)還裝有測扭機(jī)構(gòu)、負(fù)拉力自動順槳傳感器及負(fù)拉力自動順槳檢查裝置。

附件傳動機(jī)匣位于壓氣機(jī)和減速器之間，發(fā)動機(jī)傳動的飛機(jī)附件和發(fā)動機(jī)附件均由該機(jī)匣內(nèi)的傳動機(jī)構(gòu)帶動，附件傳動機(jī)匣的內(nèi)外壁構(gòu)成發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道的一部分。

壓氣機(jī)為10級軸流式壓氣機(jī)，由轉(zhuǎn)子、靜子和進(jìn)氣導(dǎo)向器組成。轉(zhuǎn)子為盤鼓式結(jié)構(gòu)，靜子為焊接結(jié)構(gòu)，在第5級和第8級各裝有兩個放氣閥。

燃燒室為帶10個頭部的環(huán)形燃燒室，由鈑料焊接的燃燒機(jī)匣、帶氣膜冷卻的火焰筒、單油路離心式的工作噴嘴、燃油總管和點(diǎn)火器組成。

3級軸流反力式渦輪由轉(zhuǎn)子和靜子組成。轉(zhuǎn)子的軸與輪盤用長、短螺栓連接，輪盤與帶冠葉片用樅樹形榫頭連接，每兩個葉片裝于輪盤的一個榫槽內(nèi)。導(dǎo)向葉片用掛鉤掛在整體渦輪機(jī)匣的環(huán)形槽內(nèi)。

排氣裝置裝在渦輪與飛機(jī)尾噴管之間，其上有4個熱電偶安裝座，在渦輪和排氣裝置外包有吹風(fēng)罩，以冷卻這兩個部件。

發(fā)動機(jī)的滑油系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，以潤滑和冷卻各齒輪及軸承，同時還要向螺旋槳調(diào)速器、燃油調(diào)節(jié)器、測扭機(jī)構(gòu)及負(fù)拉力自動順槳傳感器供油，作為這些附件或機(jī)構(gòu)的工作介質(zhì)。

發(fā)動機(jī)的燃油系統(tǒng)保證供給發(fā)動機(jī)一定數(shù)量的燃油，使發(fā)動機(jī)在各狀態(tài)都能正常工作。燃油調(diào)節(jié)器為液壓機(jī)械式，根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)、大氣條件和飛行情況，自動調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的供油量，保證實(shí)現(xiàn)選定的發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)規(guī)律。飛行員通過操縱燃油調(diào)節(jié)器油門改變發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)。

表1 WJ6發(fā)動機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)

螺旋槳操縱系統(tǒng)通過改變螺旋槳槳葉角，來保證發(fā)動機(jī)除慢車外的所有工作狀態(tài)轉(zhuǎn)速相同。系統(tǒng)設(shè)有扭矩、負(fù)拉力和人工順槳及中距限動等裝置，以保證飛機(jī)飛行的安全可靠。

發(fā)動機(jī)裝有起動系統(tǒng)，保證發(fā)動機(jī)的冷轉(zhuǎn)、地面和空中起動。起動時，由兩個起動發(fā)電機(jī)帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，兩個點(diǎn)火器將燃燒室內(nèi)的燃油點(diǎn)燃，并用人工切油防止起動時渦輪前溫度超過規(guī)定值。

發(fā)動機(jī)的空氣系統(tǒng)具有封嚴(yán)、冷卻、通氣及提供引氣等功能。發(fā)動機(jī)所有電氣附件均通過主電纜與飛機(jī)有關(guān)電氣系統(tǒng)連接。

發(fā)動機(jī)還設(shè)有防冰系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)，以保證發(fā)動機(jī)和飛機(jī)工作安全。

根據(jù)渦槳發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)，WJ6發(fā)動機(jī)選用了轉(zhuǎn)速、當(dāng)量功率和渦輪前燃?xì)鉁囟茸鳛楸徽{(diào)參數(shù)，它們比較全面地反映了發(fā)動機(jī)的工作特性、零件的載荷和熱負(fù)荷。等轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是依靠調(diào)速器的離心機(jī)構(gòu)感受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，并自動操縱螺旋槳改變槳葉角，即改變螺旋槳所需功率以適應(yīng)發(fā)動機(jī)的輸出功率，保證發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。因此，采用等轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)還可以省掉一個油門-轉(zhuǎn)速聯(lián)動機(jī)構(gòu)，簡化了操縱系統(tǒng)。WJ6發(fā)動機(jī)在高空采用等當(dāng)量功率調(diào)節(jié)規(guī)律。當(dāng)以某一速度飛行時，有一相應(yīng)的限制高度，從該高度直至地面的范圍內(nèi)，渦輪前燃?xì)鉁囟扔勺畲笤试S值逐漸降低，以保持當(dāng)量功率大體不變。在限制高度以下，發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性較好，各部分零件（特別是高溫零件）的強(qiáng)度利用得較充分。WJ6發(fā)動機(jī)在限制高度以上的范圍內(nèi)，采用等渦輪前燃?xì)鉁囟日{(diào)節(jié)規(guī)律，即渦輪前燃?xì)鉁囟仁冀K保持為最大允許值（不同工作狀態(tài)有不同的最大值），此時發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷達(dá)到了該狀態(tài)允許的最大程度，充分利用了發(fā)動機(jī)熱部件的能力，發(fā)出了最大可能的高空功率。WJ6發(fā)動機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表1。

應(yīng)用情況

WJ6發(fā)動機(jī)定型后，用作運(yùn)8系列飛機(jī)的動力，交付數(shù)量超過800臺，累計(jì)飛行時間超過300萬小時，是目前我國裝機(jī)數(shù)量最多、累計(jì)飛行時間最長的國產(chǎn)發(fā)動機(jī)。

WJ6G系列地面輕型燃?xì)廨啓C(jī)

清洗系統(tǒng)

為滿足發(fā)電、輸油、輸氣管道加壓、船舶動力的需要，在WJ6發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上研制了WJ6G系列地面輕型燃?xì)廨啓C(jī)，包括最大輸出功率為3200 kW，長期使用功率為2000～2500 kW，可用天然氣、中熱值煤氣等燃料并改用電調(diào)控制，輸出轉(zhuǎn)速分別為單軸1000 r/min和3000 r/min的WJ6G1和WJ6G1A；采用自由渦輪，輸出轉(zhuǎn)速為12000 r/min的WJ6G2、WJ6G2A、WJ6G4和WJ6G4A。目前，WJ6G系列燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)用于全國40多個熱電站的200個發(fā)電機(jī)組，累計(jì)運(yùn)行超過500萬小時，發(fā)電超過80億度，生產(chǎn)蒸汽3500萬噸以上。對于節(jié)約能源，減少大氣污染，提高經(jīng)濟(jì)效益均發(fā)揮了很大的作用，深受用戶好評。2000年以后，為滿足各類飛機(jī)需求，系列化改進(jìn)改型研制了多型發(fā)動機(jī)，均已裝機(jī)使用。

AG600飛機(jī)/WJ6發(fā)動機(jī)的飛發(fā)匹配

AG600飛機(jī)立項(xiàng)研制后，中航通飛研究院有限公司從發(fā)動機(jī)性能、適航性、經(jīng)濟(jì)性、適用性、采購可達(dá)性和裝機(jī)使用經(jīng)歷等方面對多型發(fā)動機(jī)進(jìn)行了綜合比較。國產(chǎn)WJ6發(fā)動機(jī)能滿足飛機(jī)總功率和使用包線需求，已經(jīng)擁有型號合格證，技術(shù)成熟、使用可靠，綜合保障能力強(qiáng)，為貨架產(chǎn)品、采購渠道暢通、價格合理。2014年3月，WJ6發(fā)動機(jī)被選作AG600飛機(jī)動力。

為使WJ6發(fā)動機(jī)與AG600飛機(jī)具有良好的匹配性，開展了一系列適應(yīng)性改進(jìn)和試驗(yàn)驗(yàn)證工作。首先針對AG600飛機(jī)水陸兩棲使用環(huán)境下高濕熱和重鹽霧的特點(diǎn)，采用設(shè)計(jì)小改方式在WJ6發(fā)動機(jī)和AG600飛機(jī)上加裝清洗系統(tǒng)。清洗系統(tǒng)可對發(fā)動機(jī)氣流通道進(jìn)行清洗，去除零件表面鹽分、沉積物和油垢等，降低這些物質(zhì)造成的腐蝕破壞，延緩零部件腐蝕，恢復(fù)因沉積物導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)性能衰減，提高發(fā)動機(jī)防鹽霧和防濕熱的能力。清洗系統(tǒng)由地面清洗車、自封快卸接頭、安裝在飛機(jī)進(jìn)氣整流罩內(nèi)的清洗噴嘴及環(huán)狀管路、發(fā)動機(jī)上的第5級和第8級的放氣閥的斷油開關(guān)組成。此后，鑒于AG600飛機(jī)選用JL-4A/1復(fù)合材料螺旋槳，開展了WJ6發(fā)動機(jī)與該螺旋槳的匹配試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：順槳后，附件傳動機(jī)匣內(nèi)油平面高度超過了引起空中順槳停車后再起動滑油系統(tǒng)故障模式時的油平面高度臨界值。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，與中航通飛研究院有限公司共同完成加裝發(fā)動機(jī)順槳停車抽油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以避免空中再起動不成功風(fēng)險，該加裝系統(tǒng)隨飛機(jī)補(bǔ)充取證。

順槳停車抽油系統(tǒng)

結(jié)束語

在40年的服役歷史中，WJ6發(fā)動機(jī)通過持續(xù)改進(jìn)與延壽，走出了自主改進(jìn)研發(fā)的新模式。預(yù)計(jì)在今后10年乃至更長的時間內(nèi)，WJ6發(fā)動機(jī)仍然是我國中型運(yùn)輸機(jī)的主要動力，占有重要地位。隨著國家重大專項(xiàng)的開展，更先進(jìn)的渦槳發(fā)動機(jī)的研發(fā)已提上日程，達(dá)到世界先進(jìn)技術(shù)水平的國產(chǎn)渦槳發(fā)動機(jī)必然會出現(xiàn)。