中国想造航空发动机为啥那么难?

日期:2016-09-19 来源:网络转载 责任编辑:无飞
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中国想造航空发动机为啥那么难?

  航空发动机是各种航空器的动力来源,也是现代工业皇冠上的明珠。之所以这么称呼,是因为航空发动机的研制涉及到诸多学科,比如热能动力、材料,如果材料领域无法达到要求,再优秀的设计也无济于事。举个例子,普惠公司的F119发动机上使用的CMSX-10材料比二代产品提高了60度左右,用于压缩机定子使用的耐热阻燃钛合金加入了特定比例的Cr和C元素,根据普惠资料,材料上的进步让F119发动机在涡轮进口温度上实现了1900K的超越,从而得到更大的推力。

  目前大部分航空发动机都属于燃气涡轮型,民用客机的发动机突出的是安全性和可靠性,而军用发动机在这个基础上还追求更大的推力,以及开加力时的最大推力。由此可见,航空发动机领域中的最强者必然是军用航发,而军用发动机算是人类科技的巅峰之作。具备研发、制造和生产航空发动机的国家一般都不轻易出口自己的技术,只出口发动机成品,有的甚至连维护都需要送回原产国。

中国想造航空发动机为啥那么难?

  复制拆解难

  航空发动机难以制造的特点首先体现在复制拆解难,一款汽车、航空器的外形可以通过反向测绘进行复制,汽车就不用说了,复制起来更是信手拈来。航空器外形复制也是有的,比如图-160和B-1B轰炸机,但发动机的复制如果没有图纸介入,那根本是不可能的。比如目前波音737客机上使用的主流发动机CFM-56系列发动机,从1974年首次运转到今天,一共生产了超过2万台,波音、空壳主打的单通道客机几乎都用了。拆解CFM-56时就会发现,发动机叶片上指甲盖大小的地方覆盖着许多小气孔,如果没有图纸定位,完全没法对其进行复制。一旦气孔打的位置不对,会直接影响叶片散热,那么复制品的整体性能就下降了。GE公司凭借CFM-56的技术基础,研制了覆盖各种机型使用的发动机,与普惠展开直接竞争。

中国想造航空发动机为啥那么难?

  材料制造难

  航空发动机其实也很简单,以经典的CFM-56发动机为例,包括低压压气机、九级高压压气机、一级高压涡轮和四级低压涡轮,中间还有一个环形燃烧室。但是就是这些结构,工作的温度、压力环境不一样,就说明其使用的材料是不同的。以涡轮叶片为例,工作环境上千摄氏度,一分钟数万转,使用多种金属混合制造,而且比例也各不相同。因为在靠近燃烧室的叶片承受的温度较高,材料也得耐高温,稀有金属元素的比例就不一样。如果全部使用统一耐高温材料,那么单价就高了,经济性就差,对于商业化运营的民用客机发动机最好是又便宜又好用。

  同理,除了涡轮叶片之外,发动机各个部件所用的材料也是不一样的,波音737使用的CFM-56发动机涡轮为高温合金打造,其他部分有的使用了复合材料。目前比较流行的是树脂基复合材料,普惠的F-119外涵道机匣就用这个材料,可耐400摄氏度温度,而成本也可以得到控制。

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