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航空發動機是飛機的心臟

關注國產發動機的朋友都知道,國產發動機的一舉一動都備受關注,因為只有有了國產發動機,中國的飛機才能不再受制於人。

發動機被稱為飛機的心臟,世界上飛機的發展已經有100多年的歷史了,發動機的發展也是如此,但是世界上目前能夠研製飛機的國家很多,但是能夠研製發動機的國家卻是少之又少。

目前世界上能夠研製大推力發動機的國家只有英美法俄和中國。

航天發展需要火箭發動機,航空發展需要渦扇、渦軸、衝壓發動機,中國航天發展取得巨大突破,嫦娥五號上九天攬月,是因為我們有長征五號火箭。

相比中國航天的國際領先,中國航空發展稍顯落後,一是我們起步比較晚,再就是渦扇發動機的研發難度比較大,以武直10武裝直升機為例,從1998年專案立項,就開始研製飛機和渦軸9發動機,到2012年武直10服役,只用了14年的時間,但是對於渦扇發動機來說,一個新渦扇發動機的研發通常需要幾十年的時間,往往一個科技工作者一生可能只能致力於一款渦扇發動機的研發,有的甚至於一生都不能研發整個。

中國渦扇航發第一款國產發動機是渦扇10太行發動機,從80年代立項,直到新世紀10多年後,才研製成功,近年來才開始量產和裝機,因為有了渦扇10發動機,中國戰機殲-10、殲-11B和殲-16、殲-15才能實現規模化生產,才能更好的守護祖國的長空。

從2015年開始,國家加強了航空裝備的發展要求,提出了2025中國製造戰略發展計劃,並多線佈局,從渦扇19、渦扇15、渦扇-20,再到大推力民用發動機長江發動機,全面發展,齊頭並進。到2020年實現突破高推重比、先進渦槳(軸)發動機及大涵道比渦扇發動機技術,建立發動機自主發展工業體系。開發先進機載裝置及系統,形成自主完整的航空產業鏈。到2025年,自主智慧財產權高階裝備市場佔有率大幅提升,核心技術對外依存度明顯下降,基礎配套能力顯著增強,重要領域裝備達到國際領先水平。

這就是中國航空裝備發展的決心,就是要讓中國的飛機裝備國產的發動機,絕不再受制於人。

渦扇發動機最難的就是渦輪葉片

渦扇發動機的工作原理大家都知道,為什麼卻研製不出來呢?

最大的原因就是發動機需要的材料要求太高,空氣經過風扇進入後,經過壓氣機壓縮,再經過燃燒室和燃料混合燃燒膨脹,然後經過尾噴排出,產生巨大的推力,這其中最重要的就是葉片,目前風扇葉片都是複合材料工藝,更輕,更耐壓,但是渦輪的葉片要求就更高了,他需要在2000K左右的溫度下,高速旋轉,從而擠壓空氣,產生更大的推力,而且渦輪前的溫度越高,產生的推力越大,因此問題的關鍵還是渦輪葉片的耐高溫效能。這就涉及到新材料領域,比如我們的渦扇-10航空發動機,所使用的的就是第一代單晶定向凝固高溫合金製作的渦輪葉片,在氣膜冷卻單通道空心技術的加持下,渦輪葉片的最高工作溫度可以達到1750k,相當於1500攝氏度左右。而目前世界上最先進的發動機F119和F135的渦扇前溫度已經達到了2000K,1700攝氏度的高溫。

除了高溫和高壓,渦輪葉片還要更輕,這樣發動機的自重才會更輕,發動機的效率也會更高。

所以渦輪葉片屬性就是:高溫、高壓、高耐,而且要更輕。所以必須要有更高科技含量的渦輪葉片。才能研製一款成功的發動機。

中國科學院金屬研究所:鈦合金葉片研發成功,將裝機長江發動機考核

中國科學院金屬研究所鈦合金專案團隊,用10年的時間,經過無數次的實驗,研製成功了鈦鋁合金葉片,取代了目前主流的鎳基高溫合金,這種渦輪葉片採用鈦鋁合金材料,將用於國產大飛機C919的長江發動機上,這種新型的渦輪葉片將實現發動機的渦輪盤和渦輪葉片大幅度減重,大大提高發動機的效率。

目前,鈦鋁合金葉片專案已經落後江蘇太倉高新區,鈦鋁合金葉片的生產已經有序展開,並且鈦鋁合金葉片已經通過了震動疲勞考核,下一步就是裝機CJ1000A考核。

據中科院鈦合金專案研究員楊銳介紹:

目前長江發動機方面,CJ1000A進展非常快,CJ2000也正在加緊攻關,我們希望儘快把CJ1000A和CJ2000發動機做出了,來由我們自己的發動機配套我們的大飛機。

鈦鋁合金渦輪葉片目前是最先進的渦輪葉片,我們都知道RR公司是世界三大航發巨頭,世界上一般的寬體大飛機的發動機都是由RR公司提供的,包括A380和波音787。而我們國產的大推力發動機長江1000A和長江2000將使用最新的鈦鋁合金渦輪葉片,也就是我們的國產發動機裝機後,將達到世界先進水平。

羅羅公司目前市場上主要的4款大推力發動機:遄達1000 TEN、遄達XWB-97、珍珠15和遄達7000發動機,分別為波音787、A350、龐巴迪公務機環球6500、A330NEO提供動力。預計到到2020年初,羅羅公司在寬體客機引擎上實現超過50%的市場份額。

A350使用的是遄達XWB發動機,A330NEO使用的是遄達7000發動機,波音787使用的是遄達1000發動機。

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