"昆仑"是我国第一台走完自行设计、试制、试验、试飞全过程的航空发动机,是国内目前最先进的中等推力级的军用涡喷发动机。该发动机经过几百项严格的地面考核试验和空中考核试飞后,于2002年7月被国家军工产品定型委员会正式批准设计定型。它的研制成功使我国成为继美、俄、英、法之后世界上第五个能够独立研制航空发动机的国家。 昆仑发动机的军用代号是涡喷14,据昆仑发动机总设计师严成忠称,其性能超过以往中国所有军机的国产发动机,包括之前最好的涡喷13乙。昆仑发动机的设计单位是中国一航沈阳发动机设计所。研制周期长达18年。立项时间是1984年。试飞时间长达8年。 航空发动机是知识密集、 技术密集和资金密集的产品。其研制属于技术高、风险大、周期长和投资多的工程,要研制出可以投入使用的航空发动机,特别是军用航空发动机,没有坚实的技术和经济基础是不可能的。目前,世界上真正能独立研制航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国和法国。 自1956年第一台涡喷-5发动机从沈阳航空发动机厂仿制成功以来,我国的航空发动机行业一直以仿制和改进别国发动机为主,虽然也曾自行研制过几种发动机,但都因种种原因中途夭折了。 "昆仑"发动机的研制成功标志着我国真正走完了航空发动机自行设计、试制、试验、试飞的全过程。 中国航空工业发展的里程碑 "昆仑"发动机是由中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究所总设计、沈阳黎明航空发动机集团公司、西安航空发动机(集团)有限公司和贵州红林机械有限公司等34个单位联合研制的涡喷发动机。经过几百项严格的地面考核试验和空中考核试飞后,该发动机于2002年7月被国家军工产品定型委员会正式批准设计定型。 "昆仑"发动机是国内目前最先进的中等推力级的军用涡喷发动机,可用于歼7和歼8系列飞机。该发动机在性能和寿命方面仍有发展潜力,其发展型还可以满足中国空军对中等偏大推力级涡喷发动机的需求。它的研制成功标志着我国航空发动机从只能测绘仿制、改进改型跨入了自行研制的新阶段,结束了我国长期以来不能自行研制航空发动机的历史,也标志着我国航空发动机设计翻开了自主发展新的一页。 "昆仑"发动机是沈阳发动机设计研究所全面贯彻国家军用标准《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》(GJB241-87)自行研制的第一台具有全部知识产权的中等推力级加力涡喷发动机。"昆仑"发动机的研制成功是中国航空工业发展史上的一个"里程碑"。 新技术的结晶 "昆仑"发动机是完全按照最严格的国家军标研制的,它经过了近乎严酷的地面试验和长时间试飞的考核,具有更好的性能、更高的可靠性、耐久性和发展潜力。 与仿制发动机相比,由于经过了设计、制造、试验、试飞、定型的整个过程,"昆仑"发动机的任何技术细节、设计思路都非常清楚。 而仿制发动机的过程好像摸着石头过河,存在知其然、不知其所以然的现象。因而一旦出现问题往往还要回头去重新摸清设计思路。而且由于仿制的原型发动机技术已经过时,要提高性能往往遇到基础的限制,很难采用更新的技术。为提高发动机性能,有时不得不牺牲发动机结构强度储备和安全寿命储备,使发动机的可靠性受到影响。 "昆仑"发动机的强度和寿命是严格按国家军标要求设计的。其低循环疲劳寿命试验按指标的2倍进行,这使发动机寿命大大高于现役的型号,性能也有大幅提高。 在指标要求严格、试验设备缺乏、研制经费紧张等不利条件下,所有"昆仑"发动机参研单位历尽艰辛、顽强拼搏,历时10多年,先后攻克了高低压压气机工作不匹配、高压涡轮叶片断裂、振动、高空大M数喘振停车、高空小表速切断加力停车等几十项重大关键技术,排除了地面试验和空中试飞中的上百次故障,按研制任务书、型号规范的规定和空军后追加的试验要求,全面完成了地面考核试验和空中试飞任务,实现设计定型,具备了装备中国空军的条件。整个研制中完成了零部件试验603项共数万小时,整机试车数千小时及大量空中试飞,其试验项目之多、范围之广、难度之大,在国内航空发动机研制史上是空前的。 "昆仑"发动机在继承成熟技术的基础上采用了近40项新技术、新材料、新工艺,如现有世界先进发动机都在应用的定向凝固、无余量精铸、复合冷却空心涡轮叶片技术等,这些技术的应用使我国在同等材料水平上有效地提高了涡轮前温度,大大提高了发动机的推力。 同时,"昆仑"发动机还采用了环形燃烧室、高级陶瓷涂层、数字式防喘系统和状态监控等技术,有效提高了发动机工作稳定性和可靠性,其单位推力和单位迎风面积接近20世纪80年代中期世界先进水平。 满足不同需求的改进改型 实践证明,航空发动机的改进改型具有投资少、风险小、研制周期短的特点,它能较快满足客户需求,使制造商在市场竞争中占据有利地位。西方四大发动机制造商都采用这种方法发展航空发动机。我国"昆仑"发动机的发展也正在沿用这种方法,并发展了几种改型。 "昆仑"I 是原型机的1号改型机,其性能与原型机相同,为适应飞机要求,对外部机匣、附件和管路做了适应性改进。 "昆仑"Ⅱ是在"昆仑"原型机基础上发展的推力增大型。它是在不牺牲发动机的工作可靠性、耐久性和不损失工作裕度的前提下,通过采用先进技术增大发动机的空气流量,提高其部件效率,减少漏气和流体损失,从而大幅度地提高了发动机推力,降低了耗油率。此外,为提高"昆仑"Ⅱ的先进性,拟采用数字式电子调节系统。 为验证"昆仑"Ⅱ的技术可行性,早在几年前,沈阳黎明航空发动机集团公司和沈阳发动机设计研究所便开展了关键部件和关键技术的试验研究工作,并取得了很大进展。2002年3月,在一台已工作350小时的"昆仑"基础上改装成"昆仑"Ⅱ的验证机。该发动机首次装配和试车进展都很顺利,经过6小时36分钟的初步调试,发动机的各项性能就达到或超过了设计指标,试车数据有良好的重复性。 通过试验表明,"昆仑"Ⅱ的性能已达到或超过设计指标,在发动机推力大幅度增加的同时,耗油率大幅度下降,发动机的经济性得到显著改善,在相同载油量的情况下,可增大飞机的航程和作战半径。在一台原型机改装的验证机上,首次试车性能便超过设计值,这表明发动机的性能还有一定裕度。"昆仑"Ⅱ仍保留了维护性好、使用总寿命较长和左右发动机可以互换等优点;当飞机对发动机的推力有更大需求时,可以很容易地将现役歼7和歼8飞机的发动机换装成"昆仑"Ⅱ。 "昆仑" Ⅱ的推重比为7∶1,最大外径882毫米,总长4635毫米。 由"昆仑"派生发展的另一项产品是QD-128中等功率燃气轮机。它具有功率大、效率高、体积小、污染少、工作可靠及价格低等特点,因而既可用于发电或电、热联供,地面输气加压站,也可用作舰船动力。它的主要设计性能参数见表2。QD-128具有优良的工作可靠性和长寿命,燃气发生器大修间隔时间不少于6000小时;动力涡轮大修间隔时间为20000小时;动力涡轮总寿命为100000小时;燃气发生器总寿命为40000小时。
转子发动机的发展历史是什么样的
获奖型号:VQ30DE
其他同型号发动机:VQ20DE/VQ25DE
装备车型:1994-2003 日产风度;2004-至今 日产风雅等
日产对于VQ的研发开始于1983年,日产基于“羽毛”的开发理念,以轻量化、高效、节能的全新诉求开始了全新的V6发动机的研发,以一般人的观点看来,柔软轻盈的羽毛似乎和难以和动力强劲的VQ发动机联系起来,不过日产的设计初衷就是希望将发动机强大的动力以羽毛般柔美、舒畅的方式得以完全释放,带给驾乘者收放自如的驾乘乐趣。在经过了6年的研发,570亿日元的投入之后,在1994年,在日本IWAKIP工厂第一批VQ发动机正式投产。
『日产风度是首款使用VQ发动机的车型』
这款全新的高性能发动机在投产之后逐渐取代原有的VG系列发动机,开始在日产旗下的众多车型上服役。在当年上市的日产CEFIRO(风度)上,就配备了VQ系列的2.0L,2.5L和3.0L三种排量的发动机,次年,3.0L排量的VQ30DE发动机第一次荣获美国《Ward’s Auto World》“世界十佳发动机”奖项。此后的六年时间里,VQ30DE也连续入选。
以现在的眼光看来,VQ30DE发动机并没有太多亮点的技术可言,不过在当时它的技术水平已经达到了很高的水准,6个气缸使用了60°V型设计,这个角度的设计既保证了引擎最佳的基本尺寸同时也保证了引擎运转时的高度平稳性,从而令引擎的静音性能得到加强。使用了当时领先的DOHC顶置双凸轮轴,24气门结构,缸径和冲程为93mm和73.3mm,压缩比为10.0:1,短冲程的设计典型的高转速发动机,根据调教不同,VQ35DE的最大功率为142-170kw/6400rpm,最大扭矩278-294Nm/4400rpm。就是以现在的主流V6发动机标准来看,它的性能表现也并不落伍。
『性能强悍的VQ30DETT,最大功率470匹马力(350kw)』
此后,在VQ30DE基础上日产还推出了性能取向的涡轮增压版的VQ30DET和VQ30DETT(双涡轮增压)发动机,其中拥有两颗涡轮加持的VQ30DETT发动机的最大功率达到了惊人的350kw,这也是当年JGTC大赛中的GTR GT500赛车以及后来的Fairlady Z GT500赛车上的御用发动机。在2001年后,日产为VQ发动机匹配了VVT技术并推出了全新的VQ35DE,老版的VQ30DE发动机就此逐渐退出历史舞台。 获奖型号:VQ35DE
其他同型号发动机:VQ25DE/VQ23DE
装备车型:2004-至今 日产贵士;2003-至今 日产天籁;2003-2006 日产350Z;2003-2006 英菲尼迪G35等
在2001年,全新开发的VQ35DE发动机取代了VQ30DE成为日产的主力V6发动机,虽然VQ35DE依然还是DOHC顶置双凸轮轴,24气门结构,全铝缸体的结构,但它的缸体却经过了重新的设计,缸径和冲程为95.5mm和81.4mm,压缩比10.3:1,与偏向高转速的VQ30DE相比,较为中性的缸径和冲程比例改善了发动机中低转速的性能表现。VQ35DE的最大特点是可塑性高,适用范围广且容易改装,无论是在性能取向的350Z亦或是偏重舒适的天籁上,你都能找到它的身影。
『VQ35DE的汽缸盖』
为降低缸内摩擦阻力,日产在铝合金活塞主体裙处镀钼以减少摩擦力,并在活塞最上方装有活塞环的槽内进行了氧化铝膜处理,使得发动机的磨损降至最低。此外,独特的自适应平衡器的使用也可以使发动机的震动减少到最低,使之拥有更出色的舒适性和平顺性。VQ35DE发动机还加入了加入了NICS可变进气控制系统和CVTC连续可变气门正时控制系统,高流量节气门,等长设计的进气歧管等技术,使得发动机拥有更高的进气效率,提高了动力性和经济性。根据调教不同,VQ35DE系列在6000转时可以输出170-222kW的最大功率,4400转时可以输出334-363Nm的最大扭矩。
天籁是我们最常见到的使用VQ发动机的车型
从2002-2007年间,VQ35DE再次连续入选沃德世界十佳发动机,直到目前,VQ35DE依然还是VQ系列中应用最广泛最经典的型号,静谧,平顺且动力强劲是它的最大优势,而其小排量版本VQ25DE和VQ23DE则先后装备在国产的天籁上,也是目前国内最常见到的VQ发动机。 获奖型号:VQ37VHR
其他同型号发动机:VQ25HR/VQ35HR
装备车型:2010-至今英菲尼迪G25/EX25;2006-2009英菲尼迪M35;2008-至今英菲尼迪G37等
『现款G37上的VQ37VHR发动机,配备了VVEL可变气门升程系统』
随后,在2006年8月,日产发布了专为旗下的后驱车型研发的VQ35HR和VQ25HR发动机,其中HR代表了“High Revolution(转速高)”or “High Response(响应快)”。VQ35HR缸径和行程同样为95.5mm和81.4mm,压缩比提升至10.6:1,其有80%的部件与VQ35DE不同,重新设计的进气口、双节气门设计、更高的压缩比和新的缸盖以及更直接的进气气门使它的性能得到大幅提升,其最大的特点则是只匹配后轮驱动的车型,目前在英菲尼迪旗下车型上使用较广。
以应用范围更广的VQ35HR发动机为例,它最显著的特点就是左右两侧汽缸使用了独立的进气歧管和节气门,进气歧管由轻质隔热的酚醛材料制成,较之原来的金属进材质更利于保持较低的进气温度。此外,缸盖进气口也经过了重新设计,进气路径变得更加畅通平直,这些措施将进气阻力一举降低了18%,从而获得了更高的进气效率高性能,在点火和喷油系统方面,高性能的M12铱金火花塞大大提高了点火能量,孔径只有50微米的多孔喷嘴可以将燃油彻底雾化,并使用了NDIS电子式直接点火系统,使燃油在气缸内拥有更高的燃烧效率。
『VQ25HR发动机随着英菲尼迪的G25在今年首次引入国内』
而要在排量一定的情况下增加动力,除了采用增压技术之外,提升发动机最高转速就是最有效的方法了。为了提升极限转速,日产工程师对VQ35DE的凸轮轴销和轴承的直径都进行了加大设计,主承载构件通过梯形结构进行支撑,提高了其工作强度,活塞连杆的长度增长了8.4毫米,从而有效的减轻了振动。这样,VQ35HR的极限转速提高了500rpm达到了7500rpm,最大功率也随之有显著提升,在6800rpm可以达到了232kW,最大扭矩363Nm,在同级别中鲜有对手。按日产工程师的介绍,VQ35DE的这种主承载件的梯形结构完全可以承受高达1000马力的超大负荷,其改装潜力可见一斑。
『VVEL可变气门升程技术的技术原理其实并不复杂,通过几个螺杆和连杆控制就能实现』
随后不久,日产又在VQ35HR的基础上开发了VQ37VHR发动机,和VQ35HR相比,VQ37VHR在对结构进一步优化后,极限转速延后到了7600rpm,最大功率和最大扭矩叶有了小幅提升,达到了245kw和365Nm,此外它还首次在日产V6发动机中应用了VVEL可变气门升程系统。VVEL系统在原有的可变气门正时系统的配合下,可以让发动机的进排气效率更高,使各转速下的扭矩输出更加理想,并拥有更环保的排放和更低的油耗。
『英菲尼迪G37』
2008年,VQ37VHR获得了世界十佳发动机的奖项,这也是VQ系列里最后一位当选世界十佳发动机的成员。
随着技术的发展,各大厂商的涡轮增压缸内直喷发动机开始大行其道,连续14年获奖的VQ发动机在这两年的评选中已经很难得到评委的青睐,近两年我们都没能在世界十佳中找到VQ发动机的身影。尽管如此,VQ发动机依然还是同级别中最优秀的自然吸气发动机之一,并且它的技术优势依旧会保持很长一段时间。
转子发动机又称米勒循环发动机,它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放,其与传统活塞往复式发动机的往复直线运动有较大区别。转子发动机由德国人菲加士·汪克尔发明。
1964年,日内瓦的德法合资企业COMOBIL公司首次把转子发动机装在轿车上成为正式产品。1961年2月,马自达公司如愿获得了转子的研发授权许可。
1967年,日本人也将转子发动机装在马自达轿车上开始批量生产。一向对新技术情有独钟的马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项技术。由于这是一项高新技术,懂得这项技术的人寥寥无几,发动机坏了无人会修,而且燃油消耗大,故汽车界有人对这种发动机的市场前景产生了怀疑。20世纪70年代,石油危机爆发,各国忙于应付各方面的困难而无暇顾及发展转子发动机,唯有马自达公司仍然深信转子发动机的潜力,独自研究和生产转子发动机,并为此付出了相当大的代价。最终,他们逐步克服了转子发动机的缺陷,成功地由试验性生产过渡到商业性生产,并将安装了转子发动机的RX-7跑车打入了美国市场。
马自达的转子发动机从结构上讲最适合燃烧氢,因为氢燃烧完后排出的是水蒸气,对环境没有任何污染。但是由于从生产装配到维护修理,转子发动机都与传统的发动机大不一样,开发成本大,加上往复式活塞发动机在功率、重量、排放、能耗等方面都比过去有了显著提高,转子发动机没有显出明显的优势,因此各大汽车公司都没有积极性去开发利用;又因为转子发动机存在着制作成本高、油耗高、发动机振动较大、只能采用点燃式不能用压燃式以及市场等原因,2012年6月马自达停产了转子发动机。