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1 # 程硯777
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2 # 銀杏智庫
為什麼航空發動機被稱之為工業之花?
一是影響力,二是難度。
一,影響力:
過去航空發動機是活塞發動機,決定了戰鬥機的能力,也衍生促進了活塞直升機、活塞轎車發動機等。
如今是燃氣輪機了,更重要了。燃氣輪機的核心包括壓氣機、渦輪、燃燒室,同一款核心機可以衍生出渦軸、渦槳、大涵道比渦扇等一系列發動機,用於直升機、運輸機、客機、軍艦、燃氣發電站等眾多領域。關係到軍民兩面的技術水平。
二,難度。熱端的燃燒室、渦輪盤有難度,需要陶瓷粉末冶金、鎳基耐高溫金屬、大型垂直擠壓機。而熱端的葉片更難,需要鎳基單晶生長抑制表層畸變的技術(批次化生產最難控制)、陶瓷型芯材料和定位技術(用於空心葉片製作)、鐳射燒結修復技術、先進焊接技術(不比整體成形強度差)、鐳射打孔技術(用於發汗製冷)、發汗氣膜的設計、氧化鋯或石墨烯耐熱膜技術等等。
冷端需要減重也有精益求精的難度,比如使用的鈦合金水平、鐳射列印能力等。
還有葉片曲面和整體分佈的內流熱力迴圈設計、轉子前後支撐軸承、全許可權數字式電子控制系統(FADEC)等等,關係到流場測控、電子工程、材料技術、機械設計、加工工藝等全方位的技術能力。因此位於英美時代的工業難度之冠,是英美壓箱底的最後技術。
航空工業是一個國家綜合實力的象徵,發動機被稱為工業之花。目前全世界範圍能自主生產,飛機用渦輪風扇發動機的國家屈指可數。能自主研發生產的僅美國 英國 俄羅斯 烏克蘭(應該算一家,都是前蘇聯的航空工業的延續。)法國 中國。 即便德國和日本這樣的工業強國,使用渦輪風扇發動機也均購於其它國家。(一方面二戰後受到制約,另一方面相關的行業已經不健全了)。可見航空發動機領域不僅僅是製造、裝配的問題。
戰鬥機使用的渦輪風扇發動機,最能代表航空工業的技術和製造水平。目前各國使用的三代戰鬥機發動機具有如下一些特點:
1發動機渦輪前溫度達到了1600-1800K 已經超過了渦輪葉片材料的熔點。而且美國和歐洲國家的最新發動機渦輪前溫度已經達到了2000K。研製怎樣的特種合金材料來保證,這樣使用溫度,又要採取什麼樣的冷卻方式,才能保證渦輪葉片的正常工作?
2 小小的渦輪葉片轉數高達每分鐘幾萬轉,渦輪葉片的末端承受著相當於三峽大壩蓄水後,水底壓力幾倍的壓力。還要受到接近40噸的拉力。這需要多強悍的結構,以及材料強度,才能讓小巧的渦輪葉片承受這樣的極端的工作環境?
3衡量發動機的一個重要指標:推重比。顧名思義:發動機自重和提供推力的比值。目前三代飛機的推重比達到了8左右。 而歐美四代飛機發動機推重比達到了10。難怪有軍迷笑談給大象安上兩個發動機,大象也能飛出超音速。這的確是"小馬拉大車",而且這"馬"的確"小"。
4各國為提高飛機高機動性,發動機向向量推力發動機發展。美國 俄羅斯都有了相應的向量發動機裝備飛機。(中國新購進的蘇-35 、美國的F -22、 F-35都採用了向量發動機 )這又給發動機的燃油噴射控制,尾部噴管的熱防護,提出了更高的要求。而在複雜的空戰環境下控制向量發動機達到最佳工作狀態,對發動機數字控制系統也提出了更高的要求。
僅就這幾個引數及特徵就涉及到了:材料、力學設計、精密加工、小型異形零件加工、渦輪葉片製造、高階焊接技術、高等級隔熱材料、數字控制系統等領域和技術。可見航空發動機的設計、製造是一個多學科,高技術的系統化工程,所以說"發動機是工業CROWN上的明珠"。