它不止會噴黑煙，説説克里莫夫РД33_風聞

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今天，我們繼續聊發動機。這次的主角來自寒冷遼闊的俄羅斯，它誕生於涅瓦河畔。我想你已經猜到了，這就是克里莫夫設計局的РД33（RD33）渦扇發動機。

設計局簡介

蘇聯在二次世界大戰後陸續建立了14個航空發動機設計局。克里莫夫設計局是其中之一，設在列寧格勒，現在稱為克里莫夫科研生產聯合體。克里莫夫本人是蘇聯早期發動機專家之一，1918年畢業於莫斯科高等技術學校。曾任最高國民經濟委員會航空發動機處處長。還在科學研究院和航空工廠任過多種領導職務。在莫斯科高等技術學校、茹科夫斯基空軍工程學院和莫斯科航空學院執教多年。二次大戰後領導研製空氣噴氣發動機，1951年在РД45的基礎上研製出帶加力燃燒室的BK1Ф噴氣發動機。它是世界上首批噴氣發動機之一。我國50年代曾仿製過這種發動機，稱為渦噴5。

BK1Ф/WP5離心式渦噴發動機

克里莫夫於1962年去世後，該設計局仍主要從事戰鬥機發動機設計工作。它的第二任總設計師為伊索托夫。在他領導下曾研製出可靠性甚高的渦軸發動機TB3-117。РД33也是在他任期內着手研製的，後任總設計師為沙爾基紹夫。除РД33外，該設計局還研製了TB7-117供伊爾一114支線客機使用。可見該局是個研製經驗豐富的航空發動機研製機構。

TB3-117渦軸發動機

РД33是蘇聯第一台用於高性能戰鬥機的中推力雙轉子混合加力的小涵道比渦扇發動機，於1968年開始設計，1976年交付使用的；用於米高揚飛機設計局研製的雙發高機動性制空戰鬥機米格29上。1978年美國偵察衞星首次發現該機與蘇27飛機在蘇聯的拉明斯試飛基地飛行。米格29於1982年投入批生產，1985年開始在空軍服役。1986年至今已向敍利亞、捷克斯洛伐克、匈牙利、德國等17個國家出口。不過РД33雖然由克里莫夫局研製，但生產交給位於莫斯科的契爾尼舍夫工廠（又稱紅十月工廠）。

結構分析

РД33的總體支承方案為低壓轉子１-2-0，高壓轉子１-0-１三個承力框架。這種五支點支承方案是雙轉子發動機最經典的結構方案。優點是結構簡單、低壓軸剛性好、發動機性能保持好，重量輕。

РД33，可見其進氣口處的前掠支板

進氣口沒有進口導流葉片，但有４個前掠式支板，用以支持前軸承座。支板內腔有滑油通道並通風，支板的前緣則以來自高壓壓氣機的空氣（空氣經過壓縮後的温度已經比較高了）防冰。

風扇４級軸流式，壓比為3.２。各級轉子葉片展弦比較大，但均無用於結構加強的中間凸台，這樣可以節省重量。鼓盤為傳統的徑向銷釘連接式結構，省錢但重量大，不如焊接可靠。機匣為水平對開式，靜子葉片外端裝在機匣的形槽內，內端設有內環。在第１級轉子葉片頂部處的機匣上，設有斜槽式機匣處理裝置以提高喘振裕度。風扇為全鈦合金結構。中介機匣也是鈦合金的，為焊接而成。

高壓壓氣機９級軸流式。轉子為電子束焊和螺栓連接的混合結構。前３級盤用BT９鈦合金製成，用電子束焊接為一體。第４-６級盤由高温鈦合金製成，也用電子束焊接為一體。第７-９級盤由粉末冶金（牌號為ЭП741НП）製成，用長螺栓前與第７級盤，後與篦齒盤和後軸連為一體。前６級靜葉為鈦制的，第７、８級為鋼製的。有趣的是因為РД33的9級高壓壓氣機設計出色，甚至被當時正在AЛ31的超重問題上大傷腦筋的留利卡設計局抄了去，頂掉了AЛ31原來的12級高壓壓氣機。РД33高壓壓氣機的增壓比為6.785，AЛ31的高壓壓氣機的增壓比為6.723。

AЛ31的九級壓氣機就源自РД33

燃燒室短環形，有24個噴嘴。火焰筒和機匣均為鈑金焊接結構。РД33使用的是離心式噴嘴，在航展中經常看到米格29噴黑煙的原因是低空飛行時發動機處於富油燃燒狀態，此時供油量充足，霧化質量好，大部分是小直徑油珠。但小油珠動量小，都聚集在噴嘴附近的迴流區中，在高温缺氧的迴流區發生熱裂分解，大量碳原子聚集在噴嘴附近，形成噴嘴和頭部積碳，並使排煙濃度增加。此時的燃燒效率並不低，但黑煙滾滾已經足夠影響各位看客的觀感了。

備受詬病的黑煙，原因就是РД33燃燒室採用的離心式噴嘴

其實，低空飛行噴黑煙很常見，這位才是大户

高壓渦輪單級軸流式。導向器為每組３片的整體無餘量精鑄葉片，共７組。轉子葉片的冷卻空氣由根部進入孔。葉片系單晶精鑄件，但可以在每台發動機中夾雜有部分雙晶或３晶葉片。機匣處有間隙控制裝置。盤也是由ЭП741НП粉末冶金製成的。在支承結構上，高壓渦輪轉子通過中介軸承（４號軸承）支承於低壓渦輪軸上。這種結構減少了一個承力框架並縮短了發動機長度，但高低壓渦輪轉子之間的振動會相互影響。

低壓渦輪單級軸流式。轉子葉片帶冠以便封嚴防止漏氣。葉片由第５級高壓壓氣機引來的空氣冷卻。經低壓渦輪導向器引入低壓渦輪盤前，再由轉子葉片根部進入葉片。葉片內腔鑄有擾流柱，冷卻氣由頂部和位於葉高65％處的一個直徑為3mm的孔排出。

米格29的心臟

混合器有12個榫形漏斗，整個混合器由鈦合金板衝壓焊接而成。混合器不是承力構件，只起摻混作用。在這個部位採用鈦合金，是該機的獨特之處。

加力燃燒室，可見徑向火焰穩定器

加力燃燒室三區供油。啓動區為噴嘴環，置於環形穩定器內。另外兩區為噴油杆，每支桿上分前後兩腔，各開有直徑為0.3mm的多個噴油孔，前、後腔各與位於機匣外壁上的環形腔相通。火焰穩定器為徑向式，外伸的有24支，內伸的有12支。防振屏為縱向波紋，且為矩形波，這也是一大特點。加力燃燒室外壁用BT20鈦合金製成。

尾噴管收斂擴張式，其中收斂段、擴張段和外套均可調。噴口由切向作動筒操縱，並通過連桿機構實現收、擴兩段的聯動。作動筒的液壓介質為煤油，壓力為20594kPa。

評價

РД33的穩定性優良，壓氣機喘振裕度大，加力燃燒室工作穩定，可在飛行包線內的任一點空中再啓動和接通加力，並且沒有蘇聯多數發動機都有的補氧系統。該機的可維護性也不錯，採用單元體結構。

РД33是針對米格29要求設計的。米格29的設計要求與美國F-15、F-16相似，突出要求中、低空格鬥能力。因此，發動機設計中，壓氣機和加力燃燒室均採用較大的穩定工作裕度。高低壓壓氣機用了9級，而增壓比只有6.785，平均級壓比只有1.237。雖然負荷低，重量大，但好處是換來了較大的喘振裕度和抗畸變能力，在整個飛行包線內對飛行員操縱無限制。這可能是吸取了米格21發動機Р11的教訓，後者的級壓比達到1.4以上，但喘振裕度只有11%，非常影響米格21的飛行。從米格29在幾次國際航展中表演的情況來看，除一次因吸入飛鳥引起失事外，其餘表演都很好，從未發生過失速。

米格29雙機

這種設計思想與F404近似。F404是為F/A18"大黃蜂"艦載戰鬥機設計的。該機可執行空戰和攻擊兩種任務。因此，在發動機設計上，F404的高壓壓氣機採用了高達25％的喘振裕度，有較大的抗畸變能力和燃氣吞嚥能力，油門杆操縱沒有限制、空中起動可靠，加力點火穩定，在設計的機動性包線內沒有失速，但飛機迎角和側滑角變化很大時，曾出現過失速和加力燃燒室熄火現象，不過發動機很快就能自動恢復了。

另一款著名小涵道比中等推力渦扇發動機F404

在結構設計上，РД33的設計者也並不落伍，與F404一樣都採用了便於實行視情維修的單元體結構設計思想，分成了11個單元體，使發動機結構簡化。在材料選用上РД33較多地採用鈦合金材料，凡工作温度低於610°C的部件均採用鈦合金，而F404採用鈦合金的部件温度不高於450°C，例如，РД33的高壓壓氣機前6級轉子、靜子葉片和盤均用鈦台金，而F404只有前8級轉子葉片和盤採用鈦合金。РД33的混合器漏斗、加力筒體，尾噴管外罩用鈦合金製造，而F404的這些部件則用Hastelloyx台金和INCO合金製造。相比較而言，РД33在熱端部件上更願意用高級材料。比如高壓壓氣機後3級和高、低壓渦輪盤，高壓轉子鼓軸均採用粉末冶金材料，而F404就未採用。РД33的高壓渦輪葉片為單晶材料，而F404採用多晶材料Rene80。因此，不要一廂情願地以為蘇聯設計就是傻大笨粗，他們在關鍵部位其實很捨得投入。

РД33與F404的推力曲線比較

就性能而言，РД33的高空性能突出，與同期美國GE公司研製的著名中等推力小涵道比渦扇發動機F404相比，高空推力明顯優於後者。由上圖可見：在高度11000米，速度馬赫數1.6時，РД33的加力推力超過60千牛，相當於F404在高度6000米，同等速度下的加力推力。從圖中明顯可以看出，高度越低，推力越大。而F404在高度35000英尺（約10500米），同等速度下的加力推力則只略高於50千牛。足見РД33的高空高速性能頗為強悍，其推力甚至和F404的後繼者F414有得一比。據稱РД33採取的主要措施是高馬赫數飛行時，允許其渦輪温度比地面增高150℃。此外在緊急出動時，米格29可以先用一台發動機飛起，而後再點燃另一台發動機，這樣就能獲得寶貴的幾秒鐘的戰機。

鶻鷹展翅

РД33也得到中國發動機製造廠商的青睞。貴州紅湖機械廠2005年開始全面啓動WS13項目的核心機和整機研製任務，這是中俄雙方在РД33設計基礎上對局部結構設計進行改良的產品，主要是將附件機匣移至發動機下方。該發動機用於替換"梟龍"戰鬥機目前所用的俄製РД33改進型РД93渦扇發動機，也將用於601所設計的"鶻鷹"隱身技術驗證機。

РД33MK矢量推力發動機

由於РД33的性能優秀，克里莫夫設計局正朝着延長РД33壽命、提高推力的方向努力：其結構中採用了先進航空發動機構成要素，包括FADEC型數字控制和監測系統，進行的推力矢量噴管(OBT)的試驗，甚至以該發動機核心機為基礎研製下一代核心機。