■ 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AG600“鯤龍”成功首飛，這是我國大飛機項目（運20、C919、AG600）中唯一安裝國產發(fā)動機進行首飛的機型，其動力裝置為中國航發(fā)南方生產的渦槳6（WJ6）發(fā)動機。經過40年的持續(xù)改進與延壽，該發(fā)動機的制造技術成熟、可靠性高并具有較長壽命，是目前我國裝機數量最多、累計飛行時間和服役時間最長的國產發(fā)動機。

型號發(fā)展

發(fā)展歷程

WJ6發(fā)動機于1969年8月開始研制，1970年9月試制出第一臺發(fā)動機，1976年通過設計定型審查，1977年正式批準定型投入小批量生產，首翻期為500h。投入小批量生產以后，至1983年完全解決了設計定型時遺留的問題，并將小批量生產階段的500h暫定壽命延長至1000h。1983—1986年，通過開展結構改進，提高制造質量，并結合外場使用，將發(fā)動機的首翻期逐步延長至2000h。通過壽命考核試車，結合發(fā)動機外場領先使用，WJ6發(fā)動機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)動機適航取證工作，進行了全面的計算分析工作，補充進行防火試驗、超轉試驗、振動試驗、功率及推力響應試驗、校準試驗、持久試驗、超溫試驗和工作試驗，完成了空中再起動飛行試驗。結合符合性聲明、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)動機于1993年2月取得型號合格證，1996年3月取得生產許可證。

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

WJ6發(fā)動機

基本構型

WJ6發(fā)動機由減速器、附件傳動裝置、壓氣機、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)動機輸出軸功率分為兩路傳遞給螺旋槳，并降低螺旋槳轉速。減速器內還裝有測扭機構、負拉力自動順槳傳感器及負拉力自動順槳檢查裝置。

附件傳動機匣位于壓氣機和減速器之間，發(fā)動機傳動的飛機附件和發(fā)動機附件均由該機匣內的傳動機構帶動，附件傳動機匣的內外壁構成發(fā)動機進氣道的一部分。

壓氣機為10級軸流式壓氣機，由轉子、靜子和進氣導向器組成。轉子為盤鼓式結構，靜子為焊接結構，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、燃油總管和點火器組成。

3級軸流反力式渦輪由轉子和靜子組成。轉子的軸與輪盤用長、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。導向葉片用掛鉤掛在整體渦輪機匣的環(huán)形槽內。

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

發(fā)動機的滑油系統(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速器、燃油調節(jié)器、測扭機構及負拉力自動順槳傳感器供油，作為這些附件或機構的工作介質。

發(fā)動機的燃油系統(tǒng)保證供給發(fā)動機一定數量的燃油，使發(fā)動機在各狀態(tài)都能正常工作。燃油調節(jié)器為液壓機械式，根據發(fā)動機的工作狀態(tài)、大氣條件和飛行情況，自動調節(jié)發(fā)動機的供油量，保證實現(xiàn)選定的發(fā)動機調節(jié)規(guī)律。飛行員通過操縱燃油調節(jié)器油門改變發(fā)動機的工作狀態(tài)。

表1 WJ6發(fā)動機主要技術數據

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

發(fā)動機裝有起動系統(tǒng)，保證發(fā)動機的冷轉、地面和空中起動。起動時，由兩個起動發(fā)電機帶動發(fā)動機轉子轉動，兩個點火器將燃燒室內的燃油點燃，并用人工切油防止起動時渦輪前溫度超過規(guī)定值。

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

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

根據渦槳發(fā)動機的特點，WJ6發(fā)動機選用了轉速、當量功率和渦輪前燃氣溫度作為被調參數，它們比較全面地反映了發(fā)動機的工作特性、零件的載荷和熱負荷。等轉速調節(jié)是依靠調速器的離心機構感受發(fā)動機轉速，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發(fā)動機的輸出功率，保證發(fā)動機轉速恒定。因此，采用等轉速調節(jié)還可以省掉一個油門-轉速聯(lián)動機構，簡化了操縱系統(tǒng)。WJ6發(fā)動機在高空采用等當量功率調節(jié)規(guī)律。當以某一速度飛行時，有一相應的限制高度，從該高度直至地面的范圍內，渦輪前燃氣溫度由最大允許值逐漸降低，以保持當量功率大體不變。在限制高度以下，發(fā)動機經濟性較好，各部分零件（特別是高溫零件）的強度利用得較充分。WJ6發(fā)動機在限制高度以上的范圍內，采用等渦輪前燃氣溫度調節(jié)規(guī)律，即渦輪前燃氣溫度始終保持為最大允許值（不同工作狀態(tài)有不同的最大值），此時發(fā)動機的熱負荷達到了該狀態(tài)允許的最大程度，充分利用了發(fā)動機熱部件的能力，發(fā)出了最大可能的高空功率。WJ6發(fā)動機主要技術數據見表1。

應用情況

WJ6發(fā)動機定型后，用作運8系列飛機的動力，交付數量超過800臺，累計飛行時間超過300萬小時，是目前我國裝機數量最多、累計飛行時間最長的國產發(fā)動機。

WJ6G系列地面輕型燃氣輪機

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)動機的基礎上研制了WJ6G系列地面輕型燃氣輪機，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控制，輸出轉速分別為單軸1000 r/min和3000 r/min的WJ6G1和WJ6G1A；采用自由渦輪，輸出轉速為12000 r/min的WJ6G2、WJ6G2A、WJ6G4和WJ6G4A。目前，WJ6G系列燃氣輪機已經用于全國40多個熱電站的200個發(fā)電機組，累計運行超過500萬小時，發(fā)電超過80億度，生產蒸汽3500萬噸以上。對于節(jié)約能源，減少大氣污染，提高經濟效益均發(fā)揮了很大的作用，深受用戶好評。2000年以后，為滿足各類飛機需求，系列化改進改型研制了多型發(fā)動機，均已裝機使用。

AG600飛機/WJ6發(fā)動機的飛發(fā)匹配

AG600飛機立項研制后，中航通飛研究院有限公司從發(fā)動機性能、適航性、經濟性、適用性、采購可達性和裝機使用經歷等方面對多型發(fā)動機進行了綜合比較。國產WJ6發(fā)動機能滿足飛機總功率和使用包線需求，已經擁有型號合格證，技術成熟、使用可靠，綜合保障能力強，為貨架產品、采購渠道暢通、價格合理。2014年3月，WJ6發(fā)動機被選作AG600飛機動力。

為使WJ6發(fā)動機與AG600飛機具有良好的匹配性，開展了一系列適應性改進和試驗驗證工作。首先針對AG600飛機水陸兩棲使用環(huán)境下高濕熱和重鹽霧的特點，采用設計小改方式在WJ6發(fā)動機和AG600飛機上加裝清洗系統(tǒng)。清洗系統(tǒng)可對發(fā)動機氣流通道進行清洗，去除零件表面鹽分、沉積物和油垢等，降低這些物質造成的腐蝕破壞，延緩零部件腐蝕，恢復因沉積物導致的發(fā)動機性能衰減，提高發(fā)動機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、安裝在飛機進氣整流罩內的清洗噴嘴及環(huán)狀管路、發(fā)動機上的第5級和第8級的放氣閥的斷油開關組成。此后，鑒于AG600飛機選用JL-4A/1復合材料螺旋槳，開展了WJ6發(fā)動機與該螺旋槳的匹配試驗，試驗結果表明：順槳后，附件傳動機匣內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。根據試驗結果，與中航通飛研究院有限公司共同完成加裝發(fā)動機順槳停車抽油系統(tǒng)的設計以避免空中再起動不成功風險，該加裝系統(tǒng)隨飛機補充取證。

順槳停車抽油系統(tǒng)

結束語

在40年的服役歷史中，WJ6發(fā)動機通過持續(xù)改進與延壽，走出了自主改進研發(fā)的新模式。預計在今后10年乃至更長的時間內，WJ6發(fā)動機仍然是我國中型運輸機的主要動力，占有重要地位。隨著國家重大專項的開展，更先進的渦槳發(fā)動機的研發(fā)已提上日程，達到世界先進技術水平的國產渦槳發(fā)動機必然會出現(xiàn)。