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【转载】研制航空发动机为什么这么难?  

2015-07-10 18:09:28|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中国研制航空发动机为什么这么难?

太行发动机曾试飞中喷出零件


研制航空发动机为什么这么难? - 逍遥客 - 逍遥客

随着中国航空工业的井喷式发展,中国近年来被曝光的机种机型越来越多,但每当有一款国产新型战机首飞,网友们最关心的往往已不是这款飞机的实际性能,而是这款飞机是不是采用国产发动机发动机也成为国人的一块“心病”。就目前来说,答案往往令人失望的中国的歼-20战机到目前为止还在使用俄制发动机来进行试飞,航空发动机为何那么难?中国人就造不出先进的航空发动机吗?


研制航空发动机为什么这么难? - 逍遥客 - 逍遥客
  

 

一、航空发动机研制为什么这么难?


众所周知,太行发动机是我国自行研制的首款大推力高性能涡扇发动机,在我国发动机研制史上具有重要地位。然而到目前为止,太行发动机仍然不能满足中国空军对高性能发动机的全部需求,太行发动机搞了近20年,还要购买昂贵的俄制发动机,这多少显得有些尴尬。平心而论,航空发动机技术绝对是人类工业技术领域的最高巅峰,这是一门验证科学,需要长时间的数据和经验积累,他国在研制喷气式发动机时,中国还在抗战的战火中被日寇蹂躏,当别人研制高性能发动机时,我们的航空工业才刚刚起步,技术发展落后别人几个身位让中国发动机产业显得格外扎眼。


要了解发动机之难,首先需要了解航空发动机是怎么回事。我们知道,现在,新型战斗机、军用运输机、民航干线客机等采用的都是涡轮风扇发动机,简称涡扇发动机,这中发动机有2至3个同心圆涵道,在涵道内有风扇、压气机、燃烧室、涡轮、喷管等5部分组成一台完整的飞机发动机,其中压气机、燃烧室和涡轮又往往被合称为发动机的核心机,它是航空发动机的关键之所在。战斗机用涡扇发动机,与运输机、民航客机的区别主要在于风扇,客机的发动机一般采用大直径风扇,可降低耗油率;战斗机的发动机风扇直径一般较小,以进行超音速飞行。


涡扇发动机为何那么难?举个例子,美军F-22的F-119涡扇发动机最大加力推力是17吨,2台F-119可推动30多吨的F-22以超过2倍音速飞行。但F-119的风扇直径不到1000毫米,涡轮直径不到360毫米,物理学原理高速我们,“力是相互作用的,也就是说这么小尺寸的风扇、涡轮反过来要时刻承受着17吨的力”。形象一点说,大家应该都看过壮汉用喉咙顶着钢枪推动汽车的表演,涡扇发动机也大概如此,只是壮汉推汽车是慢慢挪动,而涡扇发动机要推动飞机以2倍音速飞行,各部件要承受住异常严酷的高温高压考验,能在如此艰巨复杂的环境下高速运转,对发动机的每一个零部件都提出了极为苛刻的要求。


在如此小的体积下,要完成如此高的推力,必须让发动机内的风扇等部件保持极高的结构强度,这就涉及到发动机研制的第二个难点——材料,例如国外为了提高飞机发动机的推力,需要能够在高温下可靠运转的涡轮叶片,而制造这种单晶叶片需要的是冶金工艺和材料研制的高超水平,中国也是在最近才突破该项技术并成功应用于太行改进型发动机上,而美国在上世纪80年代就已经掌握该项技术。


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二、质量管理能力欠缺让太行发动机研制显得格外艰难


而制造一个好的零件,则需要一个国家综合工业能力和质量管理能力来支撑,发动机的内部装配要求精度极高,没有严格的质量品质控制体系,太动机很有可能在高速运行中出问题。就是在这个问题上,落后的整体工业技术能力严重制约了我军太行发动机的研制。我们以太行发动机为例,由于缺乏发动机相关的关键技术、材料工艺、试验条件储备。这些问题直接导致太行研制非常艰难,缺乏基本技术储备,常常需要临阵攻关,不断失败。太行发动机研制中先后发生各种技术问题和故障200多项,研制中几次大的故障,使研制工作陷入困境。尤其是质量管理能力欠缺,导致研制工作几度陷入绝境。


尤其是质量管理能力欠缺,导致研制工作几度陷入绝境:一次是发动机在试车时,发生了高压压气机四级盘破裂事故;另一次是在高空台模拟试验和调整试飞中,5个起落出现3次“特情”,还有一次直接将发动机内零件喷了出来。第三次是配装太行发动机的飞机进行规定试飞的科目,发动机突然空中停车,太行发动机研制几乎陷入停顿。


为了保证装配完成后达到规定的结构强度、空气动力性能等指标,航空发动机对装配的要求非常高,特别是转子结构的装配。由于航空发动机零部件型号规格相似、数目繁多、结构外形复杂,因此装配工艺非常繁复,加上发动机装配还主要采用手工方式,装配精度高低和装配质量稳定依赖于装配工人的操作经验和熟练程度。长期以来,我国对装配工作的重视程度不够,因此也吃了不少亏。


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在太行发动机定型试飞的三年,中国额技术人员先后解决了如地面喘振、空中异常响声、试车温度异常等试飞等问题。在艰难的调整试飞中,解决了发动机“小发提前脱开”这块硬骨头。2004年5月,太行发动机的试飞遇到了一个十分棘手的问题:飞机在高空小表速飞行时经常出现异响,试飞员丁三喜终于找到问题所在,成功解决。


2006年3月,太行发动机正式定型并对外公开型号。同年,太行计划配装的歼-11B原型机改装太行发动机进行飞行试验。年底,太行发动机参加了第七届珠海航展。应该说,我国发动机以前一直难以突破的不仅技术基础和技术储备薄弱,工程试验经验积累不足,试验设备、加工设备缺乏,而且材料和工艺相对落后。经过研制太行,我们在材料,制造工艺,和质量管理体系建设上都获得了突破。


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我们需要看到,太行好事多磨,不但研制出一款涡扇发动机,更重要的是积累了一大批下一代涡扇发动机需要的工艺和技术,以及有经验和专业配套的涡扇发动机开发队伍,这才是未来的希望。这大概就是待时而进。而且以太行核心机进一步研发的舰用燃气轮机也获得突破。



逍遥客祝福朋友幸福、快乐!

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