俄羅斯RD93發動機，國產WS13就是從它發展而來

　　近日有消息說成都航宇公司實現了國產單晶渦輪葉片批量生產，這種葉片可用於國產渦扇中推發動機。由此外界推測國產渦扇中推發動機已經或者即將批量生產，為國產作戰飛機提供了又一顆強勁的中國心。

　　從相關資料來看，國產四代渦扇中推還在研製之中，實現批量生產可能性不大。比較接近的應該是三代渦扇中推-WS13增推型，它既可以用於F31鶻鷹戰鬥機，也可以用於梟龍三批戰鬥機。

　　渦扇發動機結構標意圖，可以看到高壓渦輪直接面對燃燒室衝出的高溫高壓燃氣

　　現代航空發動機高壓渦輪葉片採用單晶合金材料

　　眾所周知，渦噴（扇）發動機推力來源於進、排氣之間溫度差。由於進氣溫度是一定的，因此要提高發動機推力就必須提高排氣溫度，國內外航空發動機技術人員認為排氣溫度提高50度，發動機推力就可以提高10%。不過這會產生一個問題，發動機自身運轉也來自發動機排氣，例如高壓壓氣機由高壓渦輪帶動，風扇由低壓渦輪帶動。尤其高壓溫輪直接面對從燃燒室衝出的燃氣，需要承受巨大的高溫高壓，加上自身高速旋轉產生的應力，對於材料和工藝要求非常高。如果超過材料承受範圍，就會生產葉片斷裂，讓發動機無法工作，所以現代噴氣發動機有一個關鍵指標-渦輪前溫度，指的就是高壓渦輪能夠承受的溫度。

　　國產第一代單晶渦輪葉片

　　國產二代單晶高壓渦輪葉片

　　葉片又是高壓渦輪關鍵部件，從國內外先進航空發動機發展來看，單晶葉片由於優異的耐高溫、抗蠕變、抗熱疲勞、抗氧化性 以及抗腐蝕性等能力成為高壓渦輪葉片的首選。所以現代航空發動機渦輪前溫度很大程度就是由高壓渦輪葉片或者說單晶材料決定的。WS13是俄羅斯RD93發動機仿製型號，後者又來源於RD33發動機。根據相關資料，RD33為了提高渦輪前溫度就採用了單晶葉片，並且通過採用高效空氣冷卻措施大大提高了葉片溫度耐受能力。通過採用新材料和工藝，RD33發動機渦輪前溫度大為提高，達到了1407度，這個指標介於F404和F110發動機之間，前者渦輪前溫度是1387度，後者是1427度。

　　國產第三代單晶渦輪葉片

　　國內從上世紀80年代開始發展單晶葉片，首先研製成功第一代國產單晶合金-DD3，在此基礎上研製成功第一代單晶材料高壓渦輪葉片，這是國產航空發動機技術一個突破。90年代又研製成功了綜合性能優異的第二代單晶高溫合金DD6，該合金拉伸、持久、蠕變、疲勞、抗氧化及耐熱腐蝕性能等達到甚至部分超過了國外廣泛應用的第二代單晶合金的性能水平。進入新世紀又研製成功第三代單晶合金-DD9， DD9 具有優良的綜合性能，其拉伸性能與持久性能等達到了國外第三代單晶高溫合金的水平，尤其需要指出的是它含錸量較低，而錸是稀有貴金屬，價格和成本較高，所以DD9具備經濟性好、成本低等優勢。最新消息指國內相關單位已經完成第四代和第五代單晶合金研製，將會用於國產新一代航空發動機發展。

　　正在試飛的鶻鷹戰鬥機，它的發動機可能就是WS13增推型

　　2018年珠海航展，中國相關單位曾經展出過用DD9研成的高壓渦輪葉片，它採用了雙層壁冷工藝，這也是高壓渦輪葉片一個新工藝，它可以將冷卻效率提高30%，大約相當於將渦輪前溫度提高到330度左右。根據相關資料，DD9工作溫度最高可以達到1120度，加上雙層壁冷的330度，因此採用DD9研成的渦輪葉片可以承受1450度的高溫，前面說過渦輪前溫度提高50度，發動機推力可以增加10%，換句話說如果WS13換上DD9研成高壓渦輪葉片，它的推力可以提高到9噸以上。

　　梟龍三批戰鬥機可能也會配備WS13增推發動機

　　實際上WS13增加推力型提高推力採用了多種措施。例如風扇葉片前掠，這樣可以提高葉片轉速，減少激波損失，推遲氣流分離，從而獲得更多的空氣。另外就是增加了渦輪前溫度，進一步提高發動機推力。經過這些改進，WS13增加推力型加力推力應該可以超過9噸。這個指標可以初步滿足FC31鶻鷹戰鬥機和梟龍三批戰鬥機要求，為飛機性能升級打下了堅實的基礎。