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飛機發動機中國能造嗎

中國能生產飛機發動機。

準確地說中國能生產飛機發動機,但不能生產先進的航空發動機。

現代的先進航空發動機,現代戰鬥機、軍用運輸機、民航幹線客機等采用的都是渦輪風扇發動機。簡單來說,渦扇發動機有2個同心圓涵道,由風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪、噴管等5部分組成。其中壓氣機、燃燒室和渦輪又往往被合稱為發動機的核心機。戰鬥機用渦扇發動機,與運輸機、民航客機的區別主要在於風扇,客機的發動機壹般采用大直徑風扇,可降低耗油率;戰鬥機的發動機風扇直徑壹般較小,以進行超音速飛行。空氣從渦扇發動機的進氣口流入,經過壓氣機壓縮後,在燃燒室與煤油混合燃燒,高溫高壓燃氣經由渦輪、噴管膨脹,最後高速從尾噴口噴出。渦扇發動機的推力壹部分來自噴出燃氣所產生的反作用力;另壹部分是渦輪驅動風扇,風扇旋轉驅動空氣,經由發動機外涵道噴出的反作用力。

渦扇發動機與渦噴發動機

渦扇發動機為何那麽難?想象壹下,蘇27的AL-31渦扇發動機最大加力推力是12.5噸,2臺AL-31可推動20多噸的蘇27以超過2倍音速飛行。但AL-31的風扇直徑不到900毫米,渦輪直徑不到300毫米;基本物理學原理,力是相互作用的,也就是說這麽小尺寸的風扇、渦輪反過來要時刻承受著12.5噸的力。另外,壹臺用於超音速戰機的渦扇發動機直徑壹般僅1米左右、長度4米左右。以AL-31為例,這麽小的壹個圓筒狀物體,要塞進4級風扇、9級壓氣機、2級渦輪、可收斂-擴張噴管、燃燒室、加力燃燒室,還要在之間安排冷卻空氣通道,周圍安裝燃油控制系統等的。所以,設計、制造壹臺高性能的渦扇發動機,難度極大。在世界範圍內,掌握壹流水平渦扇發動機制造技術的僅有英國羅·羅、美國普惠和通用3家公司,俄法兩國都屬於二流,中國應該在二流之外。這是壹個真正的壟斷行業。

要在這樣高的溫度下正常工作,F-119的渦輪采用了第三代單晶空心葉片。單晶空心葉片在壹片面積僅幾平方厘米的葉片造出具有大量自由曲面、復雜的內腔(用於進氣冷卻),還要控制合金晶體生產連續壹致,這需要極高超的精密鑄造工藝。俄羅斯、中國至今尚未或是剛展開單晶空心渦輪葉片的工業化制造。專業壹點地描述,渦扇發動機要達到更大推力、更低的油耗,首要的是提高增壓比、提高熱效率,渦輪前溫度是衡量熱效率的壹個重要指標。例如,第三代蘇27的AL-31發動機的渦輪前溫度是1665K,而第四代F-22的F-119發動機將這個指標提高到了1977K;AL-31的渦輪前溫度尚在普通鋼材熔點之下,但F-119的已超出約200度。而發動機要提高推力與自身重量之比,還要將壓氣機和渦輪造得更輕巧。壓氣機和渦輪的傳統制造工藝是將葉片以榫頭、榫槽鎖緊的方式連接在葉盤上,但西方先進發動機已開始采用整體葉盤。即用電子束焊接等方法將單晶空心精鑄葉片固定在葉盤上,重量可比傳統工藝制造的降低30%。整體葉盤的制造工藝有10多種,但除了上述的美英3家航發巨頭,其它國家也還未能應用於批量生產。

渦扇發動機的風扇遠離燃燒室,熱負荷低,但它的氣動效率也被繼續精進。通用F-119和羅·羅瑞達900發動機的風扇都采用了寬弦葉片,其加工方法是將鈦合金毛坯用切削方法加工成兩半葉片,用真空擴散焊成壹整體空心葉身,最後超塑成極為復雜的曲面。這又是壹種全新的加工工藝。

美軍F-22A隱身戰機所采用的F-119渦扇發動機為例,它的6級壓氣機、2級渦輪全部采用帶空心單晶葉片的整體葉盤,3級風扇則全部采用寬弦葉片,所以它的推重比達到10,在迎風面積較小的情況下,最大加力推力超過15噸。所以,美軍F-22A隱身戰機能以1.7倍音速進行超音速巡航;而中俄的四代機殲20、T-50只能暫時采用第三代渦扇發動機,要等待第四代發動機研制成功,飛機才能真正完成研制。

很多網友對鈦合金加工的感覺還是非常高科技,但為了進壹步減重,西方第四代發動機又開始使用了樹脂基復合材料作為低溫部件。比如F-119發動機的外涵道機匣、進氣道機匣等,耐熱溫度壹般在300至350攝氏度左右,性能更加先進的樹脂基復合材料耐溫的上限更高,可以突破400攝氏度大關。

我國軍事工業以蘇聯技術援助起家,擅長逆向仿制,在過去解決了多個領域的"有無"問題,甚至有輕武器專家以"山寨之王"自居。對於很多壹般裝備,逆向仿制即便"不知其所以然",也至少做到"知其然"。但渦扇發動機這個"工業王冠",應用有各種新理論、新材料、新工藝,要做到"知其然"都難,可以說是無法簡單復制的。甚至,在沒有操作手冊的情況下,要將渦扇發動機正確拆開都困難。例如,我們非常熟悉的CFM-56,其使用在波音737、空客A320這些主流商業客機上,是世界上使用範圍最廣的渦輪風扇發動機之壹,但是拆解CFM-56的難度仍然很大,幾平方厘米的葉片上分布著許多小孔,這些孔隙的作用是散熱的,小孔的位置設置極為講究,是根據氣路走向而定的……因此CFM-56的維護都是由專業公司來完成的。即便是能制造出各種類型的發動機構件,但是在裝配上仍然需要技術、工藝支撐,同壹生產線上制造出來的不同批次發動機都存在差別,推比相差甚至可以達到0.2。隨著推比達15以上的發動機開始研制,各種新材料被大量應用,發動機結構也越來越復雜,對加工工藝要求也更高。妳要仿制別人的新型發動機,所要花的時間可能比自己從零開始研發還要多,而且仿制產品的性能還很可能不及原型機。這方面我國是有教訓的,例如"太行"渦扇發動機,其核心機就源於CFM-56,太行發動機在05年完成設計定型,但8年過去了仍然問題不斷,只用在雙發的殲11戰鬥機上。單發的殲10戰鬥機對發動機可靠性要求高,直到殲10B量產,殲10系列戰機都只能采用俄制AL-31FN發動機。

從科研體制來看,我國以前航空發動機的研發是跟隨型號的,即要研制壹款飛機,才會去研發壹款配套的發動機;飛機如果下馬了,發動機也就隨之下馬了。但美英等發達國家,發動機與飛機研發基本是分開的,發動機核心機的研發提前很多。例如,美國F-22戰機所用的F-119發動機屬於第四代發動機,但美國的核心機技術已發展到第六代,用於接替F-119的第五代發動機核心機也已制造出來。

研制渦扇發動機是非常困難,也正因為困難,才沒任何捷徑可走,必須完全自主研發,而且要不惜巨資提前進行預研。近年,我國工業界也有所頓悟,開始投入重金獨立研發,但之前的差距太大,要追趕世界先進水平可能還要數十年的艱苦努力。

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