都說我國飛機發動機材料不行,那麼製造發動機到底有多難?

一說到C919,十個有九個會問:國產?那你說說發動機是哪國的?

不要過多向噴子解釋什麼叫系統集成的能力,說再多它只會說發動機是哪國的。

但是,它們所關注的發動機,確實是我國航空業的一塊心病。

全世界只有美、俄、英、法四國可以獨立研製一流的軍用飛機發動機,而在要求更高的民航發動機領域,只有美、英、法三國的四家公司具有獨立研製的能力,它們分別是美國通用電氣航空集團公司(GE航空)、普惠公司(P&W)、英國羅羅公司(R&R)以及法國斯奈克馬公司(SNECMA),佔據了全世界民用發動機市場90%左右。

請大家注意,我在上面所用的詞是“研製”,也就是“研發和製造”。網友們說到的全世界只有四國半具有研製能力的說法,實際上是說中國有研發能力,卻沒有製造能力

中國經過多年仿製俄羅斯的發動機,再也不是當年拆了鬧鐘,裝回去多出零件的毛頭小子了,坊間最傳神的一句話是:看一眼就能讓你懷孕!說的是,再牛逼的產品,到了中國人手裡,都能搞出和你一模一樣的來。

但是,即使具有強到如此地步的逆向工程能力,在飛機發動機面前也無能為力。國防973首席科學家、北京航空航天大學能源與動力工程學院院長丁水汀說:“如今,即便我們在四代發動機上取得了巨大進步,但這種差距仍達到30年!”

為什麼製造飛機發動機那麼難

早期飛機使用的是活塞式發動機,它利用熱機的工作原理,使氣缸進行反覆運動,和汽車發動機的原理是一樣的。但是,這種發動機優化到了極致,也是利用螺旋漿產生的向後風力,對於提高飛機的速度還是無濟於事。

二戰時期,噴氣式發動機在英國和德國研製出來,這種發動機仍然屬於熱機的一種,但是,它將原來進氣、加壓、燃燒和排氣四個階段為一個週期的分時循環過程,變成了一個連續的過程,氣體依次流經發動機各部位,對應著活塞式發動機的四個工作位置。

都說我國飛機發動機材料不行,那麼製造發動機到底有多難?

通過渦輪葉片,將吸入的空氣不斷擠壓,提供給燃燒室極其高壓的氣體,從而使燃油得到充分燃燒釋放出巨大的熱量,使得混合氣體以更高的壓力噴射出去,從而使飛機獲得巨大的反作用力。

可以說航空發動機是經典力學在工程應用上逼近極限的一門技術。

A380配備的4臺羅爾斯發動機在起飛時,可以產生近18萬馬力,相當於上千輛家用汽車的動力,內部最高溫度達到1700攝氏度以上,大大超過了渦輪葉片鎳基合金的熔點。

與此同時,發動機內部的壓力達到50個大氣壓,相當於蓄滿水後三峽大壩底部3倍的壓力。在高溫、高壓、高速旋轉環境中,對葉片和軸承的材料提出極高的要求。

都說我國飛機發動機材料不行,那麼製造發動機到底有多難?

雙轉子發動機結構

而我國大家所知道的材料問題,在這裡也得到了充分體現。目前,國外發達國家航空發動機主軸承的壽命均能達到1萬小時以上,國內基本在900小時以內,相差10幾倍。

如果是用於艦艇上的發動機,其性能、可靠性和壽命,可以通過對部件進行加強等技術手段來解決,但是在航空發動機中,卻要求達到體積小、重量輕、壽命長、可靠性高這些既苛刻又矛盾的制約條件。

比如葉片,其成形工藝和晶相結構對葉片的強度和壽命影響就非常大。

都說我國飛機發動機材料不行,那麼製造發動機到底有多難?

而為了降低葉片重量,葉片內部設計成空心結構,但是為了避免分體鑄造造成的應力集中和結構缺陷,葉片和葉盤要求一次性鑄造成型,這需要極高的製造工藝。

都說我國飛機發動機材料不行,那麼製造發動機到底有多難?

這種東西,要設計出來相對來說容易點,製造一片兩片也還好說,但是要批量生產數以千計標準化的,性能可靠的葉片,就不是那麼簡單的事了。一臺發動機,需要各類葉片400~500片,穩定的量產質量是重中之重。

由於發動機零部件型號和規格非常相似、數目繁多、結構外形複雜,裝配工藝非常繁複,嚴重依賴手工裝配,這對裝配工人提出了極高的要求。

都說我國飛機發動機材料不行,那麼製造發動機到底有多難?

其裝配的質量,很大程度決定了整機的質量。

即便如此,一款發動機從研發製造出來,還需要經過大量的試驗來進行驗證,這完全是一個燒錢的過程。零件試驗、部件試驗、系統試驗、核心機試驗、整機試驗,這些過程有些是破壞性試驗,需要破壞零件或整機。

國外航空發動機的地面試驗和飛行試驗所用發動機臺數少則50臺、多則上百臺,發動機地面試驗都要上萬小時,最高達16000小時以上,飛行試驗則需5000小時以上。

只有通過反覆的燒錢,才能得到各種試驗數據,而這些數據即使別人會給你,也沒有用,必須靠自己試驗獲得。比如疲勞壽命等性能指標,試驗累積不到一定時數,就無法知道達不達標。試驗暴露出的問題,改進後還要繼續試驗。

據統計,過去50年,美國投入航空發動機預研經費就超過1000億美元。而我國,這方面的投入還遠遠不夠。

最後,除了材料和工藝的差距,我國在航發領域還面臨院士年齡偏大,後繼乏人的困境。

“你看現在年輕人誰喜歡報考機械專業?中國頂尖工程技術人才嚴重短缺的局面短期內無法緩解。”身為高校院長的丁水汀說。

這就是我國發動機制造為什麼這麼難!


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