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航空发动机有多难造?里面1600摄氏度在烧,外面一点都不烫手

2017-1-3 15:07| 发布者: admin| 查看: 60| 评论: 0

摘要:   目前大部分航空发动机都是属于燃气涡轮型,民用客机的发动机突出的安全性和可靠性,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,航空发动机领域中最强者必然是军用航发,而军 ...



  目前大部分航空发动机都是属于燃气涡轮型,民用客机的发动机突出的安全性和可靠性,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。

  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。

  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,材料也用得耐高温,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。

  加工精度高

  如果有了先进的材料和图纸,也不代表能够制造出一台优秀的航空发动机,因为加工工艺是最后的拦路虎。一台CFM-56发动机航空发动机的风扇直径仅为1.55米,长度为2.5米,如此小的空间内要产生86千牛的推力,可想而知其加工工艺有多么复杂。

  从小的方面看,以目前主流单晶涡轮叶片为例,精铸工艺要求是0.1毫米的误差,这样才能保证每个叶片都可以正常工作。要让各种合金材料放在一起加工,就需要掌握高温合金的加工技巧和焊接工艺。同时,发动机转子、叶片在工作时处于高速运转,工艺不到家就意味着发动机磨损很快,寿命不长,直接影响经济性。

  工艺的高要求同时也促进航空发动机运行的效率,还是以叶片为例,GE公司搞了一种无缝对接式叶片,在发动机叶片外端有一个特殊材料制成的软体,在叶片工作时可与外环结构无缝对接,提高发动机的工作效率。这样的软质材料对加工工艺的要求是非常高的,不仅要保持稳定性,还要经济、不用太多的保养。不然提高发动机效率的同时,也加重了地勤的负担,在经济帐上表现不够明显。

  综上,从逆向测绘、材料和加工工艺角度看,航空发动机应该说是工业工程领域的皇冠,是一国科技实力的标识。

  西方发达国家都把航空发动机当成自己的招牌,美国、俄罗斯自不用说的,发动机领域这两家的技术沉淀无人能够撼动,英国在自废武功之后,仍然有罗罗这样领军企业。中国的发动机工业目前仍然处于追赶阶段,随着太行正式列装量产型歼10B,优于CFM-56的新一代CJ1000A涡扇发动机开始研制,中国的航发实现了小步快跑。


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