低配丐版的“太行”QC70,却是两型气垫船可靠的动力心脏

当今世界最先进的舰用燃气轮机MT30

由于燃气轮机研发费用高,周期长,因此在设计上力求一机多用,系列化发展,通过局部的设计改动,满足舰船和工业驱动的不同要求。与航空母型机的生产线、试验设施、技术资源要尽量共享。如LM1600是由F404改型而来的,仅将F404的3级宽弦风扇做了削顶处理,变成3级低压压气机,加上1级可调进口导向叶片,新设计一个前框架组件,压比从F404的26降为22,其余基本没变。从而保留了F404的先进冷却技术、防腐材料和涂层、高载荷低展弦比叶片设计和单元体结构。又如LM2500+燃气轮机压气机是在LM2500的基础上,移植F404的宽弦叶片整体叶盘技术,设计一个“零”级压气机,增大23%的空气流量;其第1~3级压气机转子叶片是移植CF6-80C2/LM6000的叶型设计。这样可以大大节省成本,缩短研制周期,并有利于服务保障。

无论是简单循环还是复杂循环,世界舰船燃气轮机的功率与效率逐渐提高,耗油率不断下降,目前简单循环的大功率舰船燃气轮机热效率已经达到40%以上,耗油率已经低到0.2kg/kwh级。

复杂循环舰船燃气轮机主要包括间冷、回热、间冷回热、蒸汽回注、燃气蒸汽联合循环、湿空气涡轮等循环燃气轮机,热效率还会进一步提高到42%左右。

QC70

太行发动机去掉风扇、加力燃烧室及尾喷管,低压涡轮改为动力涡轮,便演化成为了QC70。

QC70/QD70参数

然而QC70虽然有“太行”核心机的强大内核,性能参数有点惨不忍睹,7200kW不到1万马力的功率输出,比UGT6000略低,只能说够用,30.6%的热效率在燃气轮机中几乎是垫底的存在,570°C的排气温度如此之高,也注定了偏低的热效率,因为根据热力循环的一般规律,初参数越高,末参数越低,热效率越高。太行核心机的折算空气流量在25Kg/s,QC70进气流量才37.7kg/s,说明核心机匹配的低压压气机和动力涡轮都非常简洁,有利于发动机整体减小体积和重量,相比UGT6000自重轻得多(从3吨减轻为2.3吨),功重比明显进步,同时增加隔振器,彻底根除了低频振动和高噪声两大恶疾,提高适配性。

QC70功率和效率偏低的另一个原因是降低了涡轮前温度。以MK202发动机为例,高压涡轮叶片金属温度每升高33K,寿命下降约30%,该型发动机在1440K运行时,高压涡轮叶片连续工作寿命为350h,但是如果下降到1300K,叶片寿命则提高到8000h。航改燃气轮机技术方案要尽量地继承航空母型机的基础上,在性能和寿命可靠性方面进行折中选择。最大连续工况的燃气温度选择比母型机要低100-200°C左右,工业RB211比航机RB211约低230℃;LM2500比TF39约低184℃;LM1500比J79约低150℃。QC70比太行涡轮前的1750K低200°C左右,也是符合国际主流的技术思路。

气垫船在海面高速飞驰,空气吹起的水雾会严重腐蚀发动机通流部分的部件,QC70另一个改进就是在涡轮叶片上喷涂防腐蚀材料,提高了发动机部件抗腐蚀的能力,提高使用寿命。另外,在战时环境爆炸产生的冲击力会通过船体传递到动力系统,航改燃气轮机还需要满足垂直15G、轴向9G、横向7G的抗冲击要求。

QC70是利用现有货架产品通过适当优化改进从而以较小的投入和较短的研发周期来满足国产装备的动力需求,可以说是非常成功的。

QC70的投入使用,说明在气垫船动力系统我国实现的完全的技术自主,摆脱了对外依赖,避免的被卡脖子的风险。人民海军的726型“野马”、728型“野牛”两型气垫登陆艇有了可以迅速暴兵下饺子的前提。

随着人们海军8艘071型船坞登陆舰和3艘075型两栖攻击舰的服役,未来726型“野马”气垫船的需求将在44艘以上,如果用728型“野牛”气垫船满足投送一个特战旅的需求,728型需求将在20艘以上,一艘726型需要两台QC70,一艘728型需要5台QC70,那么QC70未来的需求量至少在188台以上,太行核心机本来就肩负着满足歼16、歼11B系列、部分歼10C、部分歼15、部分歼20战斗机需求的重任,未来对中国航发的产能将是一个重大的考验。

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