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[航空发动机] 苏俄吃了型号太多但缺乏核心型号的亏

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发表于 2020-08-09 11:30 | 显示全部楼层 |阅读模式

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这是三月底在贴吧的一些想法:

40年代末到50年代末苏联众多的发动机设计局,设计出大量的各种型号我涡喷发动机,看起来算是百花齐放,但是靠谱的却没几个,就是这矬子里面拔将军中的所谓靠谱的几个型号也是问题多多,解决起来耗费时日。


同期,美国迅速确定以轴流式涡喷为发展方向,单转子、双转子同时搞,1952年开始研制。1956年8月定型的J79成为美国单转子发动机的明星产品,并装在F-4上制霸世界天空十几年(或者说接近20年)。J57算是老发动机,从1947年开始研制,1952年定型,奠定了美国双转子涡喷的基石,并开启了涡扇发动机的技术大门,J75算是J57基础上的放大型,1951年开始研制,1954年交付原型机,1956年开始投入生产。剩下的J52、J85也都是50年代开始研制的。奇怪的是,当时航发能力最强的英国,虽然美国40年代末到50年代中期前,从英国购买了不少航发的制造专利,但是好像都不怎么成功,美国航发翻身还是靠上面说的两个自研型号。


从以上来看,1955-1956年,美国就已经开始在航发领域领先苏联了。同期及其以后,苏联众多的航发研制机构开发了数倍于美国的航发型号,但是成功的很少,即便成功的也没法跟美国的型号相比,苏联在航发领域投入不可谓不大,但是却收效有限,跟美欧的差距在50年代后期之后更是越拉越大。

苏联战后大量装备的前线战斗机米格-15,用的是离心式发动机,韩战中,美国F-86用的是轴流式发动机,苏联也捕捉到这个技术变化,并在之后放弃离心式发动机的研制和应用,专力研制轴流式发动机。


苏联自己之前研制的轴流式发动机根本不靠谱,从德国获得BMW003和JUMO004轴流式发动机后,苏联迅速让克里莫夫和图曼斯基仿制,仿制出RD20和RD10两款轴流式发动机,到1948年初,米格-9M上用的RD-21发动机,最大推力已经达到9.8千牛。估计克里莫夫研制的其他型号的轴流式发动机,也很可能借鉴了BMW003的设计。


苏联航发研制单位中最不靠谱的一个恐怕就是留利卡了,TR-1、AL-5、AL-7一脉相承,都是可靠性极差,尤其是AL-7,自1955年起苏联各种战斗机、截击机甚至水上飞机都用这个发动机,可靠性一直就是大问题,体积又大重量也重,从1955年一直改进到1969年,最终结果是又研制了新的AL-21,AL-7才放弃。英国同期有奥林巴斯,美国有J75,都是非常可靠性能优异的发动机(J75主要是重了一点)。


到了1955年,苏联因为没有可靠的10000磅军推发动机即最大不加力推力4540千克力的发动机,不管是单转子还是双转子,AL-5虽然推力符合,但是估计性能实在是不行。这样看来中推的重点是4.5吨级发动机,大推的重点就应该是15000磅即最大不加力推力6.8吨,AL-7就是这个推力级别,也是不靠谱。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:31 | 显示全部楼层
如果说1956年苏联选择了R-11作为苏俄10000磅即4.5吨推力的重点发动机,可能也真的是选错了,R-11连同R13、R25在内,搞了近二十年,最大推力也就是4100千克力,距离4.5吨还有10% 的差距,倒是中国的改型涡喷-7甲,最大推力提升到了4400千克,更接近4.5吨推力。


实际上10000磅即4.5吨这个级别的发动机,单转子还是双转子并不重要,美国有J57、J79算是双保险,英国就用单转子的埃汶,法国用单转子的阿塔,五十年代后期之后,美国战机基本中推就是J79作为标配了,J52虽然在60年代逐渐成熟,也能达到10000磅级别了,不过美国并没有研制加力版的J52,因为有更好的选择了。


所以说苏联应该在1950年左右,确定自己的10000磅级别的主力涡喷发动机,从当时苏联的材料和加工能力来看,单转子可能更符合实际一些。苏联当时两大发动机设计团队,即米库林和克里莫夫可以各自搞一款4.5吨级别的发动机来研制,米库林可以搞苏联的J79斯基单转子10000磅发动机,可以在AM-3基础上缩比,也可以新研制,克里莫夫可以搞苏联版J57斯基10000磅发动机,搞双转子,即全力投入VK-3研制,推力降低指标到初型机最大推力4000公斤左右,留出增推的冗余来。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:31 | 显示全部楼层
如果当初VK-3的最大干推力定为4吨作为研制基础,定型时干推力达到4.5吨即可,从1949年到1955年,怎么也会研制出来了,如果按40%的加力比,1955年可定型最大推力4.5吨,加力推力6.3吨的可用中推。


至于留利卡,本身就是发动机研究院的副院长,属于技术官僚型,根本不需要再搞一个自己的设计局了,做好上级领导,把资源调配给米库林和克里莫夫就行了。


苏联的战斗机用的大推力涡喷立项不应该晚于1953年,在中推研制的基础上,搞15000磅即6.8吨级大推,虽然当时苏联有了米库林设计局的AM-3,不过AM-3太粗太重,不适合作为战斗机的动力,大推的任务还是应该交给米库林设局和克里莫夫设计局来搞,也是给五年时间,1958年定型。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:31 | 显示全部楼层
苏联50年代航发的型号繁杂混乱,成绩稀少,主要也跟自身的科技工业能力和体制有关


欧美比较靠谱的涡喷发动机的压气机级数:


埃汶:进口导流叶片+16级(埃汶300系列)


J79:进口导流叶片+17级


J57:进口导向叶片+16级(低压9级+高压7级)


J75:进口导向叶片+16级(低压:8级+高压7级)


奥林巴斯:进口导流叶片+13级(低压6级+高压7级)


另外J52算是60年代才成熟的,50年代还有两款最大推力可以达到10000磅的涡喷,即萨菲尔和小吉伦,但是这两款算不得成功机型,萨菲尔是单转子13级压气机,小吉仑的资料找不到。


综上所述,50年代初期,欧美就已经知道想获得安全可靠可用的中推以上(10000磅)涡喷发动机,不管是单转子还是双转子,压气机级数最低也不能少于12级,10000磅推力以下的发动机,尤其是5000磅(2.27吨)推力以下的小涡喷,倒是可以采用9级以下的单转子压气机(但是油耗就很不理想了)。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:32 | 显示全部楼层
苏联50年代的批生产涡喷发动机的压气机级数如下::


AL-5:估计跟AL -7一样都是单转子8级压气机,不过AL-5算不上量产发动机,一直作为实验机;


AL-7:单转子8级压气机;


AM-3:单转子8级压气机;


VD-7:单转子8级压气机(没资料,沿袭RD-3M)


R-11:双转子6级压气机(3级低压+3级高压);


RD-9:单转子9级压气机,实际上属于5000磅级的小型涡喷发动机;


这就是苏联50年代的批生产涡喷了,其实第一个AL-5还不算批生产发动机,因为AL-5只作为试验机装过试验型前线轰炸机和喷气客机(图-110),然而这却是苏联唯一的一款10000磅级推力涡喷发动机。


R-11更像10000磅推力的下一级或次半级发动机,即8000磅级(3.6吨级)基准发动机,这也可能限制的R-11系列的增推改进,直到70年代初期的R-25,最大推力也不过4100公斤,倒是技术落后的中国,在60年代末改进R-11的设计,把最大推力提升到4400公斤(我倒是一直怀疑这个数据,感觉是不是把小加力算成最大推力了),90年代改进的涡喷-13B把最大推力增加到4850公斤。


以上可以看出,整个五十年代,甚至到60年代中后期,苏联也只有不靠谱的15000磅推力的AL-7和9000磅图例的R-11两款发动机能大规模使用,而这两款发动机却浑身都是毛病,安全性可靠性极差。


顾诵芬回忆录记载,1958年初苏联派专家来华审查歼教-1时,发动机设计室的吴大观带人参加,讨论的时候,顾提出需要4吨级涡喷发动机,不过顾说的4吨级发动机很可能是加力推力,因为他对比的是3.2吨加力推力的RD-9,但是在1958年底研制东风-107的时候,直接确定用最大推力4吨多的红旗-2。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:32 | 显示全部楼层
通过以上的对比,难道50年代苏联不知道增加压气机级数会提高可靠性安全性,降低油耗,增加寿命吗?苏联肯定是知道这些的,但是苏联的科技水平和工业制造能力不如欧美,如果按欧美涡喷的设计规范来搞的话,发动机都是12级压气机以上,就会非常重非常长,装机后,作战飞机的性能可想而知了。苏联搞减少压气机级数的发动机,就是明知不可为而为之,是不得不这么做,又想要飞机的性能,又要照顾材料和加工,就只能搞这种吃枪药版的发动机了。


法国一直倾慕苏联的涡喷发动机,50年代还曾想偷窃苏联图-16上装的AM-3大型涡喷,不过由于材料和加工技术的改进,法国50年代后期的阿塔虽然直径、重量、油耗这些指标不好看,但是翻修寿命却提高到了500小时以上,苏联达到这个翻修寿命水平要到40年后的90年代后期了。


所以苏联如果能在50年代中期获得两款指标哪怕普通的4.5吨级军用涡喷发动机,那么在战机设计方面就会比历史上更加从容,即便50年代中期不能获得,50年代末60年代初期也行,结果却是70年代末等到的RD-33了。


图曼斯基60年代末宁可设计三转子的R-67(估计是跟风英国的RB-199),为何不能提前十年,1959年开始设计新一代的4.5吨级军用涡喷呢?
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:33 | 显示全部楼层
重新列一下克里莫夫在40年代末到50年代末的发动机型号:


VK-1系列:含RD45、RD500、涡喷-5等各型,总产量超过7万台(不包括波兰的产量,仅仅是苏联和中国的产量),苏联生产到1960年,中国生产到1989年,装备米格-15、米格-17、伊尔-28等,单级离心式压气机,有带加力燃烧室型号,巡航推力2160千克力,额定推力2400千克力,最大推力2700千克力,加力推力3380千克力。此型号大获成功;


VK-2:1947年开始设计,4800轴马力的涡轮螺旋桨发动机,1951年开始测试,1952年下马;


VK-3,1949年开始研发,双轴共10级轴流式压气机,3级涡轮带加力燃烧室,标准推力51.60千牛,最大军推62.5千牛,加力推力84千牛。VK-3试验改进工作从1952年-1955年,原定用于米格设计局I-380(米格-19后继机)。VK-3在1952年的台架测试中获得干推力5830千克力和加力推力8440千克力的成果,米格设计局I-3系列战斗机的动力,I-380验证机1954年10月停止,1956年3月正式下马,I-410验证机在1955年底也因为没能交付VK-3发动机,安装AL-7F后而下马,I-420验证机在1956年7月才交付试验用发动机,试飞中由于VK-3涡轮叶片故障,1958年6月I-420下马,估计同期VK-3正式下马;


VK-5,离心式涡喷发动机,VK-1A的后续发展型,进气量52公斤/秒,最大推力3100千克力,比VK-1A推力增大14.8%,并设计了带加力燃烧室的VK-5F,加力推力达到5250千克力,比VK-1F推力增大55%,VK-5F在1953年通过台架试验,并安装在米格-17R侦察机上进行过飞行试验,但没能投入生产装备;


VK-7:VK-5发展型,1952年开始设计,基本设计沿袭VK-1A,采用两级离心式压气机,压缩比提高到6.1,叶片外形更复杂,效率更高,燃烧室也经过改进,加力版的VK-7F干推力4200千克力(9259磅力),加力推力6279千克力,VK-7无加力版曾装在米格设计局的I-370验证机上1955年2月16日开始试飞,稍后又更换上加力版VK-7F进行试飞,飞机和发动机都表现出色,但是由于认为离心式发动机不是发展方向,I-370和VK-7都停止继续研制;


VK-9:单转子大推力涡喷,原定装拉-250大型截击机,该截击机项目1953年11月20日立项,估计发动机立项在此时间前一点,VK-9最大推力83.3千牛,加力推力117.6千牛,1955年VK-9下马;


VK-11:1954年开始设计,最早设计为轴流式压气机和离心式压气机串联,后来设计离心式压气机改为五级轴流式压气机并前两级为超音速级,缩短了发动机长度,最大军用推力6100千克力,加力推力9000千克力,VK-11在1956年开始台架试验,原定装雅克-129超音速轰炸机、米格Ye-150重型截击机、苏霍伊T-37重型截击机,VK-11估计在1958年下马;


VK-13:不清楚研制时间和参数指标,1959年由于AL-7F-1的故障太多,苏霍伊设计局有人提议用VK-13发动机替代,也或许是VK-3改进加力型发动机(排版或印刷错误?),这种发动机安全性较好,苏-9改用也不需要过多改进,估计进气量、推力范围、尺寸跟AL-7F-1差不太多。或许真的是VK-3的成熟型,可惜苏霍伊设计局坚持了AL-7F-1的使用。

如果收缩研制战线,40年代末到50年代末,只保留VK-5/VK-7、VK-3这两个型号,VK-5/VK-7作为米格-17全天候截击机、侦察机、大改对地攻击机的动力,VK-3则降低研制指标,按最大推力43.75千牛(历史上VK-3推力的70%),加力推力60千牛来设计,适当加厚涡轮叶片(中国的涡喷改型曾采用),放宽重量限制。这样就不会只有一款不靠谱的没批产的AL-5担纲4.5吨级推力了,如果1955年VK-3研制顺利,则上VK-9大推型号研制,按最大推力68千牛,加力推力91.93千牛(加力比初定35%)设计,争取1959年或1960年定型。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:33 | 显示全部楼层
技术官僚应该是科学研制的资源分配者和争取者(上级更多的预算、资源,承当相当的研制拖期、超支、需求方责难、事故等的责任),而不是直接抢夺科研资源,直接下场,这样搞下去很成问题,最终也成了大问题。美国作为私有制国家,股份制公司体制,资源的所有者分配者决策者跟实际科研人员是两个不同的阶级,基本上不会混在一起,公司的高管不会直接下场搞科研项目。


蔓延数月的疫情,让我思考了学阀和技术官僚体制的问题。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 大大2000 于 2020-08-09 11:45 编辑

中国虽然跟苏联学的,但是科研体制在实际中却截然不同。苏联设计单位上很多不同的型号,在型号研制过程中,稍有问题就放弃,直接再上新的型号,好像狗熊掰棒槌一样,跌跌撞撞几十年,到临了就一两个产品。


中国则是设计单位几千人抱着一个型号一吃就是几十年,涡扇-6搞了近二十年,涡喷-14搞了也近二十年,涡扇-10搞了三十年,这种情况在苏联是决定不会出现的。


看起来苏联中国科研的路径不同,但是却实际上是一个藤上结的两个瓜,没啥本质区别,即不计成本,科研成了消耗品,科研单位以消耗科研经费为根本任务和日常工作,这样一来,弄虚作假就是常态和必然的了。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:35 | 显示全部楼层
对比一下R11系列和J52的增推发展之路


R-11:


R-11的研制应该在1953年之前。1955年,AM-11也就是RD-11可以装机,装米格Ye-2A和Ye-5验证机,最大推力3800千克力,加力推力5100千克力,1956年2月16日,Ye-2A首飞。


按照1953年9月9日苏联部长会议政令精神,米格Ye-5验证机装米库林设计局的AM-11新型发动机,但是AM-11的研制遭遇重大问题而无法按时交付,安装AM-11发动机的Ye-5是1955年底才装配好的。


那么1956年,初始阶段的R-11的最大推力为3800公斤,即8370磅;苏联部长会议给定的R-11-300发动机的12000米,时速885公里的空中耗油率是0.84千克/千克.小时,但实际空中耗油率为0.92千克/千克.小时,实际Ye-5的空中油耗折合0.8千克/公里。苏联原型机或预生产批次的发动机寿命定为25小时。


1958年5月16日,米格Ye-6验证机试飞,Ye-6装R-11F-300改进型发动机,发动机经过大的改进,燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷嘴、氧气和滑油系统等都更换为新的,但最大推力3800千克不变,只是加力推力增大为5740千克力,但飞机航程依然少于既定的指标,因为发动机的实际耗油率原高于设计和厂家设定的指标;


1960年,量产型米格-21F-13装R-11F-300发动机,最大推力3900千克力(8590磅),加力推力5750千克力(12665磅);


1959年10月,米格Ye-6T/1装R11F2-300试飞,R11F2-300发动机采用新的两级加力推力模式,高压涡轮转速可达到正常转速的105%,最大军用推力3746千克力,第一级加力推力模式6184千克力,第二级加力模式5676千克力;


1961年,可以使用吹气襟翼系统的R11F2S-300发动机试验,从发动机高压段第三和最后一级引出气流,气流通过管道引向襟翼;


1962年投产的米格-21PF采用R11F2S-300(实际上前期批次用的还是R11F2-300发动机,并没有使用吹气襟翼专用发动机,后期批次的米格-21PFS才正式采用R11F2S-300发动机),R11F2S-300即产品37F2S,生产型的加力推力为6175千克力,R11F2S-300是大量使用的发动机型号,也算是R-11系列中第一个稳定型发动机,装备机型较多;


1969年,米格-21SM投产,装R13-300发动机,此型号比R11大改,压气机改为三级低压+5级高压,大量采用钛合金部件、外廓尺寸基本不变,R13-300发动机的正常推力3400千克力,最大推力4070(8965磅)千克力,最大加力推力6490(14295磅)千克力,气动稳定裕度提高了50%,更加稳定可靠,维护也更加方便,具备很宽的加力推力范围,正常状态下发动机耗油率0.91千克/千克.小时,发动机净重1134.6千克。这是一款重要的发动机型号。


1972年,米格-21BIS投产,装R25-300发动机,R25-300的最大推力可能还是4100(9030磅)千克力,但是最大加力推力或应急推力达到了7100千克力,有资料最大加力推力为6850(15088磅)千克力。


至此R11系列改进结束,只算战斗机用加力版发动机,不算非加力版的R95、R195。


J52


J52的研制应该是在1955年之前,1955年取得美国海军的资金支持;


1955年12月,J52-P-3即台架运转,最大推力3402(7493磅)千克力,不过是作为导弹的动力。


1961年7月16日,A-4D5试飞,换装了 8500 磅推力的普惠 J52-P-6A 发动机,J52 与早期天鹰使用的 J65 (美制蓝宝石-6型)发动机相比,燃油消耗量降低了 27%;


1966 年 8 月 31 日A-4F首飞,装9,300 磅静态推力的普惠 J52-P-8A 发动机;


1970 年 4 月 10 日A-4M首飞,A-4M 的发动机是J52 家族中的新型号 J52-P-408,推力 11200 磅,比早期的 J52-P-8A 增加了 20%,增加的推力显著提高了飞机的短距起飞能力。新发动机重量仅增加 1%,耗油量也没有增加。另外 P-408 的无烟燃烧室减少排气的可视特征。另外 P-408 还增加了发动机自启动机,而且发电机容量增加了 60%。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:35 | 显示全部楼层
本帖最后由 大大2000 于 2020-08-09 11:47 编辑

1955年-1972年,R11系列,两次大改(R13、R25),但是最大推力只是从3800公斤增加到4100公斤,推力只增长了7.9%。


1955年-1970年,J52的最大推力从3402公斤增加到5085公斤,推力增加了49.5%。


从50年代航发研制历史靠,英美的航发在寿命期内经过屡屡改进,推力增加30%都是非常普遍的现象。


苏联的设计存在余量小,裕度小,吃余量裕度,打鸡血增推,发动机的持续改进增推很难,这还不包括寿命普遍很低,翻修次数多,实际油耗原高于设计预想值等。


美国的J57、J52由于压气机级数多,改涡扇很容易,而且JT-3D、JT-8D都是非常成功的涡扇型号,支撑起50-80年代欧美民航的天空,苏联的R11系列根本连想的别想,估计R29也没能力改涡扇。


这就又引出一个问题,1984年立项的涡喷-14发动机,为何要选择R11的三级低压作为低压段呢,这也导致了涡喷-14研制过程中长达8年耗费在高低压不匹配上,本来不应该拖这么长时间,后来还是不得不重新设计的第四级低压,又重新设计了高压第一级,才过的高低压匹配的关。从1962年接触R11F-300,到1966年设计涡喷-7甲,1979年设计涡喷-13,二十多年了,R11系列有啥毛病问题,应该很清楚了,怎么还要继续在80年代中期跌入这么一个明显的大坑中。所以涡喷-14的失败是必然的,严成忠当不了院士,也是他自找的。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:36 | 显示全部楼层
1960年5月30日,苏联部长会议要求米格局设计Ye-8验证机,或米格-23原型机。


不过R21-300却并不是图曼斯基设计局OKB-300设计的,而是莫斯科土希诺第500飞机工厂设计局即OKB-500设计的,该设计局总设计师是尼克莱.G.米特斯科瓦里希威利。OKB-500相当于中国420厂的设计室,R21-300相当于420厂自己设计的涡喷-6乙。


OKB-500其实根本不具备设计新发动机的能力,在生产型号上改改倒是可能的。资料说R21-300比R11F-300减少了压气机,我觉得不可能,因为R11的压气机级数已经是世界上最少的双转子发动机了,根本没法再减少了。另外发动机加力喷口采用双层设计,加力燃烧室优化,喷嘴也新设计,使得加力推力比军用推力增加55%。


R21-300的进气量比R11F2S-300的64.5公斤/秒,增加到74公斤/秒,全加力推力从6175公斤增加到7200公斤。发动机的前半部(压气机、燃烧室和涡轮)直径845毫米,加力燃烧室直径987毫米,发动机干重1250公斤。R11F2S-300的上述相应数据为772毫米、902毫米和1165公斤。


R21-300的台架试验一直正常,并且达到推力值。


1962年3月初,OKB-500设计局制造出2台R21-300发动机,3月22日,装Ye-8后,进行地面高滑。4月17日,飞机首飞成功。5月中到6月初的6次试飞中,出现了4次空中熄火的现象,几乎所有的飞行中发动机都出现喘振现象。经过11次飞行后,发动机拆下大修和改进,造成喘振的原因是稳定气流边界太小,改进发动机进气口,在进口导流叶片处安装一个隔离环,解决压气机失速问题,对进气道压缩斜板控制程序也进行了修改,压气机后部安装气压传感器,由人工控制斜板改为自动控制斜板。改进后重新试飞,试飞表明改进并没有提高气流稳定边界,压气机失速现象再次出现,并严重,尽管试飞员反应迅速,关闭油门,但是还是没能阻止发动机过热现象,不关发动机钢制外科,就连整个发动机舱外冷却罩都烤的通红。


随后的试飞还是如此,发动机稳定性问题突出。OKB-500设计人员被迫采取增加发动机喷口直径的办法来提高稳定气流边界,但这种治标不治本的办法带来了极为严重的后果,发动机的加力推力下降到6900公斤,耗油率也有所增加。


虽然原型机跟换了新的发动机(喷口扩大改型),但是在1962年9月11日的原型机第60次试飞中,飞机达到1.7马赫,发动机空中起火炸,飞机坠毁,试飞员重伤,事故调查认为是发动机第六级压气机盘崩裂,打穿发动机壳和机身。


R21-300的台架试车数据如下:(千克力)




21-108首次交付 21-109 21-108二次交付

最大一级加力推力 6906 6894 6760
二级加力推力 6775 6545 6480
最小加力推力 5660 5630 5500
最大军用推力 4455 4440 4350
正常推力 3695 3630 3555
80%正常推力 2960 2930 2885
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:36 | 显示全部楼层
二战后苏联搞了14个航发设计局,每个局同时又开几个项目,人员和经费都无法集中使用,大多数项目论证不足,造出验证机上台架实验后,急匆匆装机,可靠性严重不足,就决定下马,整个一个黑熊掰棒槌模式。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:37 | 显示全部楼层
二战后,在许可生产罗罗产品的同时,普惠也继承了这些产品的既有缺陷。对比同行业其他竞争对手,普惠认为大大落后,要保持和提高竞争力,必须实现技术上的重大跨越,继续许可生产罗罗发动机是一条没有前途的死路。从1946年开始,普惠做出重大战略决策,投入巨资建设新的研发机构和相应测试设施,正是这一决策奠定了普惠成功的基石。


普惠把突破的重点放在了解决低推力和高油耗两个问题上。当时的喷气发动机推力约为4000~5000磅,普惠给自己制定了相当有难度的目标,把发动机的推力提高一倍,达到10000磅,并实现更好的燃油经济性。在瞄准军用喷气发动机市场的同时,普惠高层也意识到喷气发动机技术将逐步扩散应用到民用领域。经过大量基础工作,普惠在同行业中率先提出,通过大幅度提高压缩比解决推力和耗油率问题,工程师们开发出了超前的双转子技术,双转子设计能显著提高压气机效能,改善发动机加速响应速度,在提高推力的同时降低耗油率。


根据这一先进理论,普惠成功设计出J57轴流涡喷发动机,1950年进行了首次台架试验,试验中J57推力达到了10000磅,是历史上第一种推力达到10000磅的喷气发动机,后续型号推力进一步提高到了18000磅,其单位推力油耗也比二战时期最好的德国喷气发动机Jumo 004降低了近一半。
950年普惠应用双转子技术开发成功的J57轴流式喷气发动机,为普惠赢得了第一次爆发式发展的机会。
伴随J57的成功,美军拥有了第一种远程战略喷气轰炸机B-52;1953年5月,使用J57的北美YF-100战斗机成为有史以来第一种能持续超音速平飞的战斗机。J57让普惠的订单纷至沓来:空军的麦道F-101“巫毒”、康维尔F-102“三角剑”、波音KC-135,以及海军的沃特F8U、道格拉斯F4D、F5D和A3D等不少战术飞机都相继选择J57作为动力。普惠乘胜前进,在J57基础上开发出改进型J75,成为共和F-105“雷公”和康维尔F-106“三角标枪”等军机的动力。J57的商用型JT3在民用航空领域也获得了重大成功,成为波音B707的动力,直接促成了远程军用/商用运输的大发展。


在普惠冒着巨大技术风险开发J57的同一时期,其他一些公司却相继沉沦:威斯汀豪斯这家在1945年即成立航空燃气涡轮分部,并开发成功美国自行设计的第一种涡喷发动机J30,接着又研制成功J34的资深发动机企业,却在海军满怀希望的J40项目上载倒。威斯汀豪斯原本希望加力型J40-WE-8推力达到15000磅,但苦于自身研发底子太薄,一直未能通过150小时认可测试。原定配备J40的海军F3H、F4D、A3D等作战飞机处于“无动力状态”,最后只能改用普惠J57等其他产品,由此造成的机身修改耗资2亿美元,让海军七窍生烟,于1955年取消了J40项目。丢掉J40这个金子般的机会后,威斯汀豪斯曾放手一搏,在1953年联手罗罗希望以“埃文”为基础开发新型军用喷气发动机,但再次倒在了糟糕的研发水平上。自此威斯汀豪斯彻底被淘汰出军用发动机领域。


由于J40项目的彻底失败,老牌企业威斯汀豪斯和美国海军的合作关系彻底破裂,海军许多战机无法动机可用,广阔的市场被普惠夺得,威斯汀豪斯一蹶不振。


柯蒂斯-莱特公司的命运也在这一时期发生转变。战后柯蒂斯-莱特先是通过军方协议获得了并不先进的威斯汀豪斯J34技术,并许可制造通用电气J47发动机。通过引进英国“蓝宝石”喷气发动机,柯蒂斯-莱特制造了J65,装备了A-4“天鹰”、“堪培拉”以及XF-104等飞机,但始终没能锻造出自己的研发实力。后来美国空军选择柯蒂斯-莱特开发大推力涡喷发动机J67——即许可制造的英国“奥林匹斯”的改进型,用于装备康维尔F-102,但由于研制过程中技术问题太多,进度一再拖延,最终归于失败,F-102的动力项目也成了普惠J57的口中肥肉。柯蒂斯-莱特从此一蹶不振,在50年代末淡出了喷气发动机制造领域。


柯蒂斯-莱特公司引进英国“蓝宝石”发动机技术制造的J65。由于缺乏研制开发能力,更缺乏创新实力,柯蒂斯-莱特不久也在竞争中出局。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:38 | 显示全部楼层
二战后,在许可生产罗罗产品的同时,普惠也继承了这些产品的既有缺陷。对比同行业其他竞争对手,普惠认为大大落后,要保持和提高竞争力,必须实现技术上的重大跨越,继续许可生产罗罗发动机是一条没有前途的死路。从1946年开始,普惠做出重大战略决策,投入巨资建设新的研发机构和相应测试设施,正是这一决策奠定了普惠成功的基石。


普惠把突破的重点放在了解决低推力和高油耗两个问题上。当时的喷气发动机推力约为4000~5000磅,普惠给自己制定了相当有难度的目标,把发动机的推力提高一倍,达到10000磅,并实现更好的燃油经济性。在瞄准军用喷气发动机市场的同时,普惠高层也意识到喷气发动机技术将逐步扩散应用到民用领域。经过大量基础工作,普惠在同行业中率先提出,通过大幅度提高压缩比解决推力和耗油率问题,工程师们开发出了超前的双转子技术,双转子设计能显著提高压气机效能,改善发动机加速响应速度,在提高推力的同时降低耗油率。


根据这一先进理论,普惠成功设计出J57轴流涡喷发动机,1950年进行了首次台架试验,试验中J57推力达到了10000磅,是历史上第一种推力达到10000磅的喷气发动机,后续型号推力进一步提高到了18000磅,其单位推力油耗也比二战时期最好的德国喷气发动机Jumo 004降低了近一半。

1950年普惠应用双转子技术开发成功的J57轴流式喷气发动机,为普惠赢得了第一次爆发式发展的机会。
伴随J57的成功,美军拥有了第一种远程战略喷气轰炸机B-52;1953年5月,使用J57的北美YF-100战斗机成为有史以来第一种能持续超音速平飞的战斗机。J57让普惠的订单纷至沓来:空军的麦道F-101“巫毒”、康维尔F-102“三角剑”、波音KC-135,以及海军的沃特F8U、道格拉斯F4D、F5D和A3D等不少战术飞机都相继选择J57作为动力。普惠乘胜前进,在J57基础上开发出改进型J75,成为共和F-105“雷公”和康维尔F-106“三角标枪”等军机的动力。J57的商用型JT3在民用航空领域也获得了重大成功,成为波音B707的动力,直接促成了远程军用/商用运输的大发展。


在普惠冒着巨大技术风险开发J57的同一时期,其他一些公司却相继沉沦:威斯汀豪斯这家在1945年即成立航空燃气涡轮分部,并开发成功美国自行设计的第一种涡喷发动机J30,接着又研制成功J34的资深发动机企业,却在海军满怀希望的J40项目上载倒。威斯汀豪斯原本希望加力型J40-WE-8推力达到15000磅,但苦于自身研发底子太薄,一直未能通过150小时认可测试。原定配备J40的海军F3H、F4D、A3D等作战飞机处于“无动力状态”,最后只能改用普惠J57等其他产品,由此造成的机身修改耗资2亿美元,让海军七窍生烟,于1955年取消了J40项目。丢掉J40这个金子般的机会后,威斯汀豪斯曾放手一搏,在1953年联手罗罗希望以“埃文”为基础开发新型军用喷气发动机,但再次倒在了糟糕的研发水平上。自此威斯汀豪斯彻底被淘汰出军用发动机领域。


由于J40项目的彻底失败,老牌企业威斯汀豪斯和美国海军的合作关系彻底破裂,海军许多战机无法动机可用,广阔的市场被普惠夺得,威斯汀豪斯一蹶不振。


柯蒂斯-莱特公司的命运也在这一时期发生转变。战后柯蒂斯-莱特先是通过军方协议获得了并不先进的威斯汀豪斯J34技术,并许可制造通用电气J47发动机。通过引进英国“蓝宝石”喷气发动机,柯蒂斯-莱特制造了J65,装备了A-4“天鹰”、“堪培拉”以及XF-104等飞机,但始终没能锻造出自己的研发实力。后来美国空军选择柯蒂斯-莱特开发大推力涡喷发动机J67——即许可制造的英国“奥林匹斯”的改进型,用于装备康维尔F-102,但由于研制过程中技术问题太多,进度一再拖延,最终归于失败,F-102的动力项目也成了普惠J57的口中肥肉。柯蒂斯-莱特从此一蹶不振,在50年代末淡出了喷气发动机制造领域。


柯蒂斯-莱特公司引进英国“蓝宝石”发动机技术制造的J65。由于缺乏研制开发能力,更缺乏创新实力,柯蒂斯-莱特不久也在竞争中出局。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 11:39 | 显示全部楼层
二战后英国四大航发公司:罗罗、德哈维兰、阿姆斯特朗西德利、布里斯托,最终也是在1966年合并成一个罗罗了。


从40年代末的航发型号研制,也可以看出罗罗成功与埃汶有关,德哈维兰的衰败与吉伦的研制有关,吉伦有点像苏联的AM-3之类大推,体积大重量大推力大,就是找不到适合的飞机来装,后来把吉伦缩比(减少体积45%)改成小吉伦,小吉仑的最大推力是8000磅,跟阿姆斯特朗西德利的萨菲尔-6一样的推力水平,虽然比后者直径小重量轻,但是还是推力不足,萨菲尔7的最大不加力推力达到了11000磅,但是体积大重量大,战斗机装上性能受到影响。


技术水平最高的还是布里斯托,单转子小推奥菲斯,最大推力5000磅,推比在50年代世界第一,双转子的神器---奥林巴斯,最大推力从10000磅到20000磅,加装加力燃烧室,可作为超大推使用,直径也不大长度也不长,重量更是很轻,油耗也低,还能发展成超音速客机的动力,50年代末,布里斯托用奥林巴斯低压压气机的前两级做风扇,用奥菲斯的前七级压气机做高压段,直接改出了飞马涡扇发动机来。
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发表于 2020-08-09 12:20 超大游击队员 | 显示全部楼层
大大2000 发表于 2020-08-09 11:39
二战后英国四大航发公司:罗罗、德哈维兰、阿姆斯特朗西德利、布里斯托,最终也是在1966年合并成一个罗罗了 ...

杰伦缩成小杰伦说明缩比设计没问题?
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发表于 2020-08-09 12:22 超大游击队员 | 显示全部楼层
按理说,红旗2不该下马,应当接着设计。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 12:22 | 显示全部楼层
当初写这个帖,是因为看到一些克里莫夫发动机发展的描述,引发了感慨。

50年代中期,米库林和克里莫夫算是苏联涡轮喷气发动机设计方面的两座高山,各自有很多成熟和试验项目,覆盖中推、大推范围,然而也就是同时,两个人同时退休或离开涡轮喷气设计领域,原来领导的项目或者取消,或者留给后来的人。


60岁对于研发项目的领导 人来说并不是很大的年龄,东亚某国80多岁的院士很多都不退出。


也许苏联航发领域的弯路和停顿,跟以上两个人的退出有很大的关系吧
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 楼主| 发表于 2020-08-09 12:23 | 显示全部楼层
重新列一下克里莫夫在40年代末到50年代末的发动机型号:


VK-1系列:含RD45、RD500、涡喷-5等各型,总产量超过7万台(不包括波兰的产量,仅仅是苏联和中国的产量),苏联生产到1960年,中国生产到1989年,装备米格-15、米格-17、伊尔-28等,单级离心式压气机,有带加力燃烧室型号,巡航推力2160千克力,额定推力2400千克力,最大推力2700千克力,加力推力3380千克力。此型号大获成功;


VK-2:1947年开始设计,4800轴马力的涡轮螺旋桨发动机,1951年开始测试,1952年下马;


VK-3,1949年开始研发,双轴共10级轴流式压气机,3级涡轮带加力燃烧室,标准推力51.60千牛,最大军推62.5千牛,加力推力84千牛。VK-3试验改进工作从1952年-1955年,原定用于米格设计局I-380(米格-19后继机)。VK-3在1952年的台架测试中获得干推力5830千克力和加力推力8440千克力的成果,米格设计局I-3系列战斗机的动力,I-380验证机1954年10月停止,1956年3月正式下马,I-410验证机在1955年底也因为没能交付VK-3发动机,安装AL-7F后而下马,I-420验证机在1956年7月才交付试验用发动机,试飞中由于VK-3涡轮叶片故障,1958年6月I-420下马,估计同期VK-3正式下马;


VK-5,离心式涡喷发动机,VK-1A的后续发展型,进气量52公斤/秒,最大推力3100千克力,比VK-1A推力增大14.8%,并设计了带加力燃烧室的VK-5F,加力推力达到5250千克力,比VK-1F推力增大55%,VK-5F在1953年通过台架试验,并安装在米格-17R侦察机上进行过飞行试验,但没能投入生产装备;


VK-7:VK-5发展型,1952年开始设计,基本设计沿袭VK-1A,采用两级离心式压气机,压缩比提高到6.1,叶片外形更复杂,效率更高,燃烧室也经过改进,加力版的VK-7F干推力4200千克力(9259磅力),加力推力6279千克力,VK-7无加力版曾装在米格设计局的I-370验证机上1955年2月16日开始试飞,稍后又更换上加力版VK-7F进行试飞,飞机和发动机都表现出色,但是由于认为离心式发动机不是发展方向,I-370和VK-7都停止继续研制;


VK-9:单转子大推力涡喷,原定装拉-250大型截击机,该截击机项目1953年11月20日立项,估计发动机立项在此时间前一点,VK-9最大推力83.3千牛,加力推力117.6千牛,1955年VK-9下马;


VK-11:1954年开始设计,最早设计为轴流式压气机和离心式压气机串联,后来设计离心式压气机改为五级轴流式压气机并前两级为超音速级,缩短了发动机长度,最大军用推力6100千克力,加力推力9000千克力,VK-11在1956年开始台架试验,原定装雅克-129超音速轰炸机、米格Ye-150重型截击机、苏霍伊T-37重型截击机,VK-11估计在1958年下马;


VK-13:不清楚研制时间和参数指标,1959年由于AL-7F-1的故障太多,苏霍伊设计局有人提议用VK-13发动机替代,也或许是VK-3改进加力型发动机(排版或印刷错误?),这种发动机安全性较好,苏-9改用也不需要过多改进,估计进气量、推力范围、尺寸跟AL-7F-1差不太多。或许真的是VK-3的成熟型,可惜苏霍伊设计局坚持了AL-7F-1的使用。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 12:26 | 显示全部楼层
一个技术历史分析贴,都是数据,搞的三分之一内容都要审核,完全割裂了讨论
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 楼主| 发表于 2020-08-09 13:37 | 显示全部楼层

RE: 苏俄吃了型号太多但缺乏核心型号的亏

JIERBANGYING 发表于 2020-08-09 12:22
按理说,红旗2不该下马,应当接着设计。

红旗-2算是RD-9的放大版,放大一般来说不看好,如果是缩小,成功几率更大些。中国有RD-3M的生产制造资料,如果60年代能在仿制RD-3M的同时,让606所组织团队搞一个RD-3M的缩小版,即最大推力4.5吨的单转子涡喷,快的话,60年代末就能上机使用。
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 楼主| 发表于 2020-08-09 15:18 | 显示全部楼层

RE: 苏俄吃了型号太多但缺乏核心型号的亏

大大2000 发表于 2020-08-09 11:33
重新列一下克里莫夫在40年代末到50年代末的发动机型号:

如果收缩研制战线,40年代末到50年代末,只保留VK-5/VK-7、VK-3这两个型号,VK-5/VK-7作为米格-17全天候截击机、侦察机、大改对地攻击机的动力,VK-3则降低研制指标,按最大推力43.75千牛(历史上VK-3推力的70%),加力推力60千牛来设计,适当加厚涡轮叶片(中国的涡喷改型曾采用),放宽重量限制。

这样就不会只有一款不靠谱的没批产的AL-5担纲4.5吨级推力了,如果1955年VK-3研制顺利,则上VK-9大推型号研制,按最大推力68千牛,加力推力91.93千牛(加力比初定35%)设计,争取1959年或1960年定型
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发表于 2020-08-09 15:29 超大游击队员 | 显示全部楼层
大大2000 发表于 2020-08-09 13:37
红旗-2算是RD-9的放大版,放大一般来说不看好,如果是缩小,成功几率更大些。中国有RD-3M的生产制造资料 ...

当年有给AM3升级成VD7的能力吗?
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发表于 2020-08-09 15:33 超大游击队员 | 显示全部楼层
JIERBANGYING 发表于 2020-08-09 12:22
按理说,红旗2不该下马,应当接着设计。

经济最困难的时候,配套飞机又下马了,怎么可能继续砸钱
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发表于 2020-08-09 15:48 超大游击队员 | 显示全部楼层
大大2000 发表于 2020-08-09 11:34
中国虽然跟苏联学的,但是科研体制在实际中却截然不同。苏联设计单位上很多不同的型号,在型号研制过程中, ...

然后苏联发动机依旧还是百花齐放
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发表于 2020-08-09 16:25 超大游击队员 | 显示全部楼层
大大2000 发表于 2020-08-09 13:37
红旗-2算是RD-9的放大版,放大一般来说不看好,如果是缩小,成功几率更大些。中国有RD-3M的生产制造资料 ...

加力燃烧技术是不是门独立的技术?WP6一直维持在加力1.25的水平,涡喷7-13就有1.5的水平,毛子的R系列加力比更惊人。
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发表于 2020-08-09 19:30 超大游击队员 | 显示全部楼层
中国发动机这么差
一、投资不足
二、积累不足,科研(特别是基础学科、前瞻学科)底子差,长时间闭门造车
三、思路有问题,发动机跟飞机走,核心机跟发动机走
四、体制有问题,很久之后才建立总师负责制,之前是行政领导技术
五、大锅饭,集体负责成了集体无责
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发表于 2020-08-09 21:59 | 显示全部楼层

RE: 苏俄吃了型号太多但缺乏核心型号的亏

恩施巴东人 发表于 2020-08-09 15:48
然后苏联发动机依旧还是百花齐放

那要对比下中国和前苏联在发动机上的投入产出来分析才行。
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发表于 2020-08-09 23:12 超大游击队员 | 显示全部楼层
hjt1030 发表于 2020-08-09 21:59
那要对比下中国和前苏联在发动机上的投入产出来分析才行。

我们的轰六都改到n了
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 楼主| 发表于 2020-08-10 09:50 | 显示全部楼层
美国第一款大规模应用的轴流式涡喷是J47,就是5000磅级(2270公斤)的,但是美国很清醒,直接在下一级别即10000磅级(4500公斤)上投入了J57、J79两个型号。

再看苏联,米库林的第一个轴流涡喷是AM-3,但推力为7.6-9.3吨级,属于大推力涡喷,接着在AM-3基础上缩比,搞了AM-5,这款倒是5000磅级(2-2.5吨),米库林在50年代搞的第一个型号就是AL-5,属于4.5吨级,但是并不成功,没有飞机采用,接着就搞了AL-5的增大型号即AL-7,属于15000磅级(6.8吨)。

克里莫夫也是不走寻常路,本来搞离心式涡喷,搞轴流式,上来就搞双转子轴流式,而且差不多15000磅级的大型双转子涡喷,没成功后,后来几个型号也是推力较大级别的涡喷。

航发研制其实是从小到大循序渐进的,一开始从5000磅级入手,然后10000磅级,15000磅级,20000磅级,这其中10000磅级是关键,承上启下的重要级别。

大推力涡喷发动机,消耗资源很大,成功几率并不大,苏联就是吃了这个大亏,苏联搞的大推涡喷比美国英国加起来都多好几倍,结果哪个都不怎么成功,英国一个奥林巴斯吊打苏联所有的大推型号。
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 楼主| 发表于 2020-09-16 07:43 | 显示全部楼层
米库林在研制出AM-1之后,又在这个基础上1949年搞出了AM-2,41.65千牛,寿命50小时。如果米库林设计局能抽调研究人员,继续搞这个项目,1955年前获得一款推力4.54吨(10000磅)直径1000毫米之内的中型单转子涡喷是完全没问题的,早的话,1953年就能装机试飞,如果说推比低,作为战斗机动力差点意思,那么完全可以作为前线轰炸机的动力,两台4.5吨发动机,能搞出起飞总重20-25吨的轻型轰炸机来。然后再慢慢的搞发动机的减重增寿,就像埃汶一样。

如果1955年把缩比AM-3研制AM-5的精力用到AM-2的进一步研制上,单台4.5吨推力的米格-19肯定要好于2台2-2.5吨发动机的。
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发表于 2020-09-16 08:19 | 显示全部楼层
苏联的发动机虽然浪费资源多了一点,成果还是很显著的,也是唯一在发动机领域可以跟美国比肩的国家,中国还差的远
美国人早期浪费资源也多,
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