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1.76复古传奇

奥地利垄断中国王牌无人机心脏 美若禁运后果严重

时间:2016-12-10 1:58:59  作者:admin  来源:www.geenfs.com  查看:1825  评论:0
内容摘要:谁言老干曾疏落,且看新枝再弄春——浅谈中国无人机的(重油)活塞发动机.中国篇(上)凤凰军事作者兵器迷的天空前面的《燃料篇》和《技术篇》,分别介绍了航空活塞发动机燃料和动力的基本情况,有了这些知识作为铺垫,我们现学现用,在这一篇来看看中国无人机的活塞发动机和...

谁言老干曾疏落,且看新枝再弄春

——浅谈中国无人机的(重油)活塞发动机. 中国篇(上)

凤凰军事作者 兵器迷的天空

前面的《燃料篇》和《技术篇》,分别介绍了航空活塞发动机燃料和动力的基本情况,有了这些知识作为铺垫,我们现学现用,在这一篇来看看中国无人机的活塞发动机和航空燃料。

一、中国航空活塞发动机的燃料

前面《第一篇》说过,欧美对航空汽油已经不感冒了。

2012-2013年,FAA采取了多项措施以达到其2018年航空业全面使用无铅燃料的目标。最常用的航空汽油Avgas 100LL的产量也仅有航空煤油(比如Jet A)的1%(复习《第一篇》),或者汽车汽油的不到0.2%。这样小的产量,以及相较于汽车汽油更严苛的生产标准,使得世界上只有很少几家公司愿意或者能够生产航空汽油。由于生产难度和规模小,航空汽油一般比航空煤油等柴油类燃料要贵10%。至于无铅航空汽油,由于航空发动机要求燃料有较高的辛烷值,符合这样标准的无铅汽油要付出更高的价格,从而进一步减小需求。这就是为什么,UL 91这种无铅汽油已经被研发出来几十年,至今仍未广泛使用。

在中国,一直到2011年只有国石油兰州石化公司,即兰炼,这一家公司还在生产航空汽油,而且也并不符合Avgas 100LL每加仑最大含铅量为2克的标准。

这位朋友问了,那么中国有没有无铅航空汽油呢?

要是2年前问这个问题,还真没有。

但从去年开始,还真有了——就是我们上边刚谈到的UL91。

2014年11月,民航局航空器适航审定司正式受理了燕山石化UL91无铅航空汽油适航审定申请,并成立了航空汽油适航审定委员会。民航航油航化适航审定中心成立了审查组,严格按照《民用航空油料适航管理规定》(CCAR-55)和《民用航空汽油合格审定及证后监管程序》(AP-55-AA-2014-04)的要求,进行适航审定,确认该公司生产的UL91无铅航空汽油符合国际通行的无铅航空汽油标准,质量控制体系符合适航规章要求。

2015年6月9日,中国民航局航空器适航审定司向UL91无铅航空汽油生产企业:中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司(以下简称燕山石化)颁发了适航批准书。该公司是国内首家获得适航批准的UL91无铅航空汽油生产企业,填补了国内无铅航空汽油生产的空白。中航通用是燕山石化航空汽油的唯一销售商。

官方资料说:油料UL91无铅航空汽油具有清洁环保、无铅沉积、硫含量超低、氧化安定性好、无腐蚀、热值高等特点,符合美国ASTM7547标准,可用于多种通用航空器。

那么,中国航空重油的情况又如何呢?

和国际市场一样,中国航空的主力油料是重油——航空煤油。2011年全国民航航煤消费量达到1748万吨(不含港澳台地区),同比增长9.2%。其中(进口)保税油417万吨。2012年上半年航煤消费达到918万吨,同比增长10.1%,其中保税油272万吨国内航煤产量2011年达到1853万吨,同比增长8.6%,其中来进料加工365万吨;2012年上半年达到1000万吨,同比增长11.5%,其中来进料加工198万吨。

总体来看,中国航空煤油的生产入不敷出,到2012年进口油占国内航煤消费量的30%以上。值得注意的是,中国航空煤油的缺口,本来在华东华南地区,但近年来资源存在富余的西北地区近年来也出现了缺口。公开资料上说原因是“消费量或军需增长较快”,大家自己琢磨其中的含义吧,呵呵。

因此,如果中国无人机和通用航空未来需要大的发展,航空(重油)煤油是合适的燃料。航空汽油的价格高,产量小。无铅汽油目前又只有燕化这一家,价格更高,产量也高不到哪里去,可选择性太差了。

二、1950年代中国航空活塞发动机的起步

中国第一款自行制造的航空活塞发动机,也是新中国第一台航空发动机,是湖南株洲的311厂仿制的苏联M-11型,国内型号50号发动机。

话说331厂,原来仅仅是一家炮弹生产厂,第一代中国航空人在极端艰苦的环境下,将炮弹工厂改成了发动机工厂,一边修理M11发动机,一边试制简单部件。在从前苏联运回来的技术资料抵达311厂后,就开始着手整机仿制。M11是一款星型活塞式发动机,主要由曲轴、连杆、活塞、汽缸、分气机构和机匣等部件组成,运作原理是用燃料燃烧产生的能量推动活塞产生动力,因汽缸以星型环绕的方式围绕传动轴进行布置,这种发动机也因此得名星型发动机。仿制M11最大的难点是发动机机匣,因为M11的机匣是铝合金制造的,而当时中国没有掌握电解铝技术和铝合金制造技术,只好自己造电炉,冶炼铝合金,期间还发生过事故。

1954年8月16日,在苏联专家帮助下,中国人自己制造的第一台仿制活塞航空发动机M11试制成功。功率118千瓦(160马力),质量180千克,后装备于初教-5。

还是这一家331厂,1957年仿制苏联A山-62NP型发动机生产活塞-5发动机,800马力,装备运-5运输机,1958年批产。后来,311厂于1962年研制成功了活塞-6星形气冷9缸活塞发动机,1962年6月4日通过国家鉴定。活塞-6功率为260马力,发动机重199千克,装备初教-6教练机。后期生产的活塞-6甲发动机,功率为285马力,发动机机重200千克,装备初教6甲教练机。再后来改进的活塞-6丙发动机,装备于701号、延安2号试验型小型直升机。活塞-6发动机的改型还用在哈飞的运-11上。问题是,活塞6仍然是仿制的,即苏联AI-14P发动机的仿制型号。

M11,活塞-5,活塞-6…都是仿制。那么,中国第一款是自主研制的航空活塞发动机,又是哪一款呢?

兵器迷查到的资料,勉强称得上是自主研制的第一个国产机型,可能是活塞8发动机。1961年9月,航空部和空军下达联合指示,提出了以苏联Аш-82В(690)发动机为主体与Аш-82Т发动机减速器等成熟部件的基础上,组合设计出一种活塞发动机,安装在ИЛ-14等四种飞机上,达到“一机多用”,适应西藏高原飞行的需要。

插一句,从时间上看,这个需求应该和1959年西藏平叛后的形势有关吧。扯远了。

1963年10月,651(活塞八)发动机研制成功。虽然仍是以苏联发动机为基础,但这次因为需要将二者结合,因此从需求到研制总算是有自己的设计成分在里面,不算是完全仿制的。

三、1960—2010年代的中国航空活塞发动机

活塞8研制成功快半个世纪内,中国自研了多款小型航空活塞发动机,但大部分仍然是功率很小的汽油机。北航、南航和西北工业大学都是研制无人机的主力,但在动力上,西工大曾长期是中国唯一的小型航空活塞发动机的自主研制单位。主要产品包括二冲程发动机和转子发动机,如HS-280、HS-350、HS-510、HS-700、Z2G系列发动机。功率从15hp到55hp,全部是化油器方式,无一采用直喷供油,也无一具有涡轮增压功能(复习《技术篇》)。仅能满足全机质量350公斤(原文如此)的低空短程无人机飞行的要求,技术水准可想而知。

其中比较为人熟知的,如早期国内的无人靶机靶-2,采用的是HS-280二冲程活塞发动机,功率只有15马力,续航时间只有60分钟,升限2000米。

此外,ASN-104无人机装备的是HS-510发动机。这是一款四缸二冲程气冷活塞式发动机,最大功率22千瓦(30马力)。ASN-104的最大平飞速度205千米/小时,巡航速度150千米/小时,实用升限3200米,遥控半径60千米,续航时间仅2小时。其发展型ASN-105的遥控距离为100千米。该机型出口代号D-4。2014年4月1日韩国《朝鲜日报》称,韩军方人士证实,朝鲜曾引入中国的D-4无人机,并进行改良,制造出“方岘”无人机并投入部署。

再有就是装备量很大的ASN-206无人机,最大时速210公里,航程150公里,飞行时间4~8小时;飞行高度5000~6000米。其动力是2冲程51马力的HS-700型活塞发动机。ASN的后继型号ASN-207,ASN-208无人机,也同样采用了HS-700的改型发动机。

奥地利垄断中国王牌无人机心脏_美若禁运后果严重

ANS-206无人机装备HS-700活塞发动机

一直到2003年左右,西北工业大学才开始研制新型80hp的二冲程发动机。

一直到2005年左右,国内还没有开展涡轮增压器匹配工作和涡轮增压控制系统研究。

而国内航空活塞重油发动机,进展甚至不如汽油机。虽然早在1980年代,国内曾经开始研究煤油或其他燃料的发动机,设想出了低压缩比的单级内风冷柴油转子发动机的研发方案,但这一方案仅仅停留在了设想节点,并没有得到后续的实施。从国内的文献来看,在2013年之前,航空重油活塞发动机的研制基本处于基础理论研究阶段,很难查到定型并大规模生产的重油活塞航机的产品。

看到上面介绍的情况,我们就不难明白,为什么这两年中国军用无人机的发展突飞猛进,但作为珠海航展出口明星的翼龙-1无人机和彩虹-4无人机,性价比这么高,察打效果这么好,其发动机却都是来自奥地利的ROTAX914活塞发动机。

ROTAX914UL,这款捕食者A同型的四冲程涡轮增压活塞发动机,燃料为航空汽油,100马力输出@5500转速,重量64公斤功重比1.5625hp/kg。(另有115马力/78公斤,功重比1.4743数据,估计与型号批次、转速、附件重量有关)。

奥地利垄断中国王牌无人机心脏_美若禁运后果严重

奥地利Rotax914发动机

对比之下,国产的活塞9发动机,也就是中航工业的HS-133活塞发动机,2006年立项,2012年11月28日完成300小时耐久试验考核。功率只有82 马力(转速未知),重量却有80公斤,功重比仅1.025hp/kg。

奥地利垄断中国王牌无人机心脏_美若禁运后果严重

活塞9/HS-133H活塞发动机

看到差距了吧,我们2012年底刚通过耐久性考核的活塞9,功率82马力。人家Rotax912也是80马力,Rotax914是100马力,1989年到2011年两型累计生产了大约4000台。这还不算咱的功重比差了三分之一。

如果说涡喷、涡扇、涡轴、涡桨这些发动机,中国自有产品多少患有心脏病,是性能好坏问题的话;那么在2010年之前,6000-10000米中空、超过10小时航时的无人机所需的80-160马力活塞发动机,甚至没有可用的机型,是有无问题,也就是说,没有自己的心脏。

彩虹-3,彩虹-4,翼龙-1…主力机型的动力全都寄托在ROTAX914上——这就是为什么,兵器迷在2014年发帖《平心不敢稍偏倚,慧眼才得细参详》中,提出中国无人机的两大隐忧之一,就是动力无法自主。按说Rotax占据了小型航空活塞发动机80%的国际市场,中国无人机用这样的发动机,可靠性高也有利于出口。今天中美关系还过得去,大家都可以用,不是大问题。然而,一旦双方陷入紧张(看目前这个架势,明后年啥情况还真不好说),谁能说美国一定不会限制中国进口Rotax和其他进口动力?届时别说出口市场可能全灭,关键是中国自己的军用无人机没有合适的动力,如何在战场上发挥作用?

身体(机体)、大脑(航电)、眼睛(传感器)、拳头(弹药)、神经(信号传输)、血液(燃料)…都有了,还都不赖。就是这动力,要命啊。

什么叫心腹之患?中国中空无人机的心脏缺失,才真真叫一个心腹之患。

那么,中国航空(重油)活塞发动机的出路,究竟在哪里呢?

预知后事如何,且听下回分解。

 

注:本文已授权凤凰军事发表

所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物,如:

《无人机用航空活塞发动机的发展》

《活塞航空重油发动机的发展现状》

《小功率航空活塞发动机的重油技术进展》

《高端作战无人机先进动力系统发展现状及趋势》


标签:发动机 航空 
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