我国飞机的发动机技术发展情况怎么样?
▍我国飞机的发动机技术发展情况怎么样?
最简单、最保守的估计、评价:入行了!
现在我们能生产的有:涡轴、涡桨、涡喷、涡扇,大、中、小推力,大、中、小涵道比。品种齐全、门类齐全。
今后的任务就是更上一层楼。任重道远。
但是,我们入行了!
▍我国飞机的发动机技术发展情况怎么样?
提到中国航空工业的发展有许多值得人们回顾的往事。立足今天已取得的伟大成就,为实现明天的愿景宏图不懈奋斗。中国从建国之初到今天已经整整70年。提到航空毫无疑问想到飞机,抗美援朝战争中国空军建军之初没有一架自己的飞机。青一色的苏联米格战机和从国军缴获的少数美式飞机与以美国为首的联军空军血战长空,锤炼出了共和国的兰天雄鹰。中国空军建军与共和国同岁。我们祝中国空军英恣换发,为保卫祖国兰天再立新功!
中国军民用航空工业取得了长足发展,作为飞机心赃推进系统的航空发动机仍属行业短板,中国航空发动机属于快速追赶型行业。
中国军民用飞机取得了长足发展,尤其是近30年军用战机J-10、J-20,军用运输机Y-20,C919、CRJ21等民航客机。那么航空发动机究竟如何呢?我们知道,作为飞机推进系统的航空发动机在整个航空工业中占有极其重要的地位。一种气动设计再先进的飞机没有强劲的推进系统也不能成其为飞机。
航空发动机(Aero-Engine)是一种非常复杂且精密的热动力机械。航空发动机原型机的性能取决于核心机的性能。如果某型号核心机从设计、制造、台架试车等重要环节某些参数达不到预期的性能指标,那么该型号核心机很难最终成其原型机。当今全球仅有五个国家有能力研发航空发动机。这就是美国、俄罗斯、英国、法国和中国。其他国家基本上属于仿造。规模最大实力最强的属美国普拉特惠特尼公司、通用动力和英国罗尔斯罗伊斯公司。中国在航空发动机领域属于追赶型国家。
图1 航空发动机核心机模型
材料、加工工艺呈行业短板,将以举国之力对工之重器攻坚克难。
影响最终航空发动机性能的关键因素有三方面:即,一是材料,二是制造与装配工艺,三是测试手段。三大因素中材料、制造与装配工艺是主要因素。其中材料与制造工艺又是最为重要的因素,当发动机燃烧室温度达到1650℃时,发动机的体表温度通常都在50~500之间。要在如此高温环境下使发动机各部件正常工作,对发动机的材料和制造加工工艺有极高的要求。这也是我国航空发动机需要重点攻坚克难的领域之一。
图2 航空发动机原型机
图3 WS15航空发动机整机台架测试系统,未来换装J-20的国产“心脏”。
图4 航空发动机高空模拟试车台
“我们正在做我们前人没有做过的事业,我们的目的一定要达到,我们的目的一定能够达到”。——毛泽东
航空发动机技术进步速度喜人,但与发达国家的差距仍然明显。
图5 中美军机航空发动机发展差距对比
只有承认差距、找出差距才能瞄准奋斗目标。图4是以西方发达国家的代表美国为参照,看出中国航空发动机存在的明显技术代差。但是,西方发达国家也不得不承认中国包括航空工业在内的许多方面的发展速度令他们吃惊。他们也正是以此为由不断制造“中国威胁论”。
▍我国飞机的发动机技术发展情况怎么样?
我国的军用航发可以用八个字形容,型号全面,性能中平。因此总的来说,我国也算是一个战斗机发动机的研发制造大国、强国,只不过要比一流水平的美俄要差,但是在二流集团之中,是强于英法的。
当然,强于法国很多人好理解,强于英国很多人就不好理解了,海事先锋也知道英国有很多经典而著名的先进航空发动机,比如曾经经典的海鹞战斗机的飞马发动机,比如台风战斗机所用的EJ200发动机,但是英国的发动机并不全面,比如在战斗机所用的小涵道比大推力涡扇发动机上就是一个空白。
我国的航空发动机则不同,虽然普遍性能一般,但是什么用途和型号的发动机也都还是有的,比如直升机用的涡轴发动机,我国就有涡轴6、涡轴9等,比如运输机用的涡桨发动机,比如大型运输机和轰炸机用的中等涵道比大推力涡扇发动机,我国有涡扇18,比如大涵道比发动机,我国有涡扇20和CJ100,比如战斗机用的中等推力发动机,我们有涡扇13和涡扇9,大推力发动机则有涡扇10和涡扇15。
所以总的来说,我国的航空发动机还算是非常全面的,型号的全面是我们的第一需求,毕竟作为一个自给自足的大国,即便是在某个领域不够先进,也最好不要是空白,否则如果遇到技术封锁或者卡脖子,就有可能失去某种功能装备,因此必须首先保障型号的全面,正因为此,我国拔尖的发动机不多,但是系列很全,这是最难得的,也是英法不可企及的。
从技术上来看,我国的发动机也越来越先进,如今虽然算不得上是什么非常一流的发动机,但是也算得上比较先进发动机了,比如我国的涡扇10太行,其改进型涡扇10B已经有14吨推力了,还添加了轴对称三维矢量能力,再比如我国的涡扇15发动机,他也是推力达到了18吨级的新一代战斗机发动机,推力已经达到了世界最先进水平,和美国的F135不相上下,只是差在材料和寿命上了。
因此,我国的飞机发动机发展还是很不错的,我们不必过于担心,会越来越好,最终走上巅峰的。
▍我国飞机的发动机技术发展情况怎么样?
航空发动机被称为飞机的“心脏”,既为飞机提供飞行动力、也是一个国家工业发展的标志。
我国经过数十年努力追赶,在航空发动机领域巳逐步缩小与世界先进水平的差距,成为能独立自主研发和制造先进航空发动机的国家之一。
一、我国自主研发的WS-10B、WS-15航空发动机能媲美欧美国家先进的研发、制造水平。
我国量产的太行WS-10B,改进后使用了隐身轴对称三维矢量发动机喷管技术,推力提升到14.5吨、推重比达到8左右,使用寿命从原来的1500多小时增加到3000小时。与美国的F-110涡扇发动机15.5吨推力、俄罗斯的117S发动机14.5吨推力基本处于同一水平。
WS-10B大推力发动机对提升飞机性能、战力,如速度、载弹量、载油量、航程都起到了重要作用,已经列装歼16、歼11、歼10、歼15等机型。
我国代号为“峨眉”的WS-15发动机,单台三维大推力近18吨、推重比达10.85吨,还具备了三元矢量尾喷管、可向360度喷气。并采用了先进的故障隔离功能,问世后将更进一步缩小与美国的距离。
美国巳服役的F-119涡扇发动机,是世界第一种带二元推力矢量喷管的发动机,最大推力近19吨、推重比11.7,使用寿命10000小时。
经过比较可看出:如果我国Ws-10B、WS-15能解决使用寿命问题,相信国产航发将会更上一层楼。
二、我国飞机发动机技术与世界先进水平,在使用寿命、材料使用、制造工艺、人才培养等方面仍有较大差距。
我国的Ws-10B改进后使用寿命达3000小时,而美国F-119发动机使用寿命可达10000小时,差距大的原因主要是在材料、工艺、人才等方面。
在材料上,由于航发是极端环境下运行的产品,要在高温、高压、高受力下稳定高效工作。而能适应的只有屈指可数的几种高性能高温合金材料,我国虽然能造出世界级同类标准的产品,如单晶叶片、涡轮锻造、涡轮盘粉末治炼、钛合金空心件成型等,但满足需求的产能不足。
因为生产加工这种产品的高精密机床、我国只有30%数控化率,高档机床自给率不到5%,能生产航空发动机零部件的设备甚少、精度和产量都无法满足需求。
技术人才储备不足,愿意扎根地处偏僻的军工企业、“十年磨剑”埋头从事航发零部件加工的相对缺乏,所以技术上突破还有难度。
美国已经取得第五代的自适应多用途发动机的核心技术,我们国产化的太行发动机是70年代引进英国罗罗公司技术、90年代制造、21世纪定型的产物。
所以要跟上世界航发的前沿技术、跻身世界一流的航发水平,未来还会有很长的路要走。
▍我国飞机的发动机技术发展情况怎么样?
众所周知,航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”,这也就是说航空发动机可以体现一个国家的工业水平。我国航空发动机与世界先进水平还有不小的差距,美国第四代发动机F119于2005年正式成为F22战斗机的动力来源。我国的“涡扇-15”发动机目前来说,还没有装备歼20战斗机,这其中已经相差了14年。
仅技术而言,我国还赶不上罗罗,普惠,GE。与俄罗斯的技术也有差距,总体而言,排进世界前五还是没问题的。目前来说,我国现役最先进的发动机就是“涡扇-10”的改进型号“涡扇-10B”了,据称其推力达到14吨。但是在整体寿命,大修时间还不如F110-GE-132。普遍认为,“涡扇-10B”发动机的大修时间为1500小时,整体寿命为4000小时。
提高发动机推力的途径有增大涵道比,提高涡前温度,增大进气流量。
由于第四代战斗机极为注重超音速巡航能力,故第四代发动机的涵道比不能太大,典型的F119就是小涵道比发动机。一般来说,涡前温度每提高100K,发动机推力就相应的增加15%,如果两台发动机的涡前温度相差200K,那就就意味着相差了整整一代。如此来说,提高涡前温度可以有效的提高发动机推力。
而涡前温度又与材料息息相关。先进航空发动机的高压涡轮叶片使用了单晶耐高温合金材料,该材料已经发展了五代。美国的单晶耐高温合金材料主要有CMSX-2/3,CMSX-4,CMSX-10。我国的主要有DD403,DD406,DD409。日本的主要有TMS-75,TMS-138,TMS-162。其中TMS-138和TMS-162分别是第四代和第五代单晶耐高温合金。而我国和美国的依次是第一代至第三代。
事实上,DD409的性能与CMSX-10和TMS-75相比起来丝毫不落下风,在使用时间上还要更长一些。也就是说涡扇-15发动机使用了DD409单晶耐高温合金之后,其涡前温度完全可以赶上F119的水平,从而可以增加推力。其实单单靠单晶耐高温合金是难以将涡前温度提升到1700度以上的,因为第三代耐高温合金的融点在1300度—1400度之间,正常工作温度在1100度左右。
为了提高涡前温度,还研发出了隔热涂层,复合气冷空心叶片等技术。我国研发出的“铈酸镧热障涂层”材料的使用温度是1300度,而复合气冷空心叶片也可以增加400度左右的温度。这么来说,涡扇-15发动机的涡前温度大吨位1700度也是可行的。
还有整体叶盘技术,据称美国准备在2020年,发动机的涡轮盘全用整体叶盘。整体叶盘不仅结构牢固,而且还降低了重量,对提高发动机的推重比有较大的帮助。整体叶盘的制造技术有“真空电子束焊接”,“锻接法”,“线性摩擦焊”,“3D打印”,“数控机床加工”等。
其实航空发动机是一个工程,单方面突破并不能提高整体性能。我国在大推力航空发动机的制造上缺乏相应的经验。(图片来自网络)
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