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?
我们先认识一下现代的先进航空发动机,现代战斗机、军用运输机、民航干线客机等采用的都是涡轮风扇发动机。,
简单来,涡扇发动机有2个同心圆涵道,由风扇、压气机、燃烧室、涡轮、喷管等5部分组成。
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。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,以进行超音速飞行。
空气从涡扇发动机的进气口流入,经过压气机压缩后,在燃烧室与煤油混合燃烧,高温高压燃气经由涡轮、喷管膨胀,最后高速从尾喷口喷出。
涡扇发动机的推力一部分来自喷出燃气所产生的反作用力;另一部分是涡轮驱动风扇,风扇旋转驱动空气,经由发动机外涵道喷出的反作用力。
涡扇发动机为何那么难?想象一下,苏27的al-31涡扇发动机最大加力推力是125吨,2台al-31可推动20多吨的苏27以超过2倍音速飞行。但al-31的风扇直径不到900毫米,涡轮直径不到300毫米。
基本物理学原理,力是相互作用的,也就是这么尺寸的风扇、涡轮反过来要时刻承受着125吨的力。
形象一点,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。
另外。一台用于超音速战机的涡扇发动机直径一般仅1米左右、长度4米左右。以al-31为例,这么的一个圆筒状物体,要塞进4级风扇、9级压气机、2级涡轮、可收敛-扩张喷管、燃烧室、加力燃烧室,还要在之间安排冷却空气通道,周围安装燃油控制系统等的。
所以,设计、制造一台高性能的涡扇发动机。可谓‘螺蛳壳里做道场‘,难度极大。在世界范围内,掌握一流水平涡扇发动机制造技术的仅有英国罗罗、美国普惠和通用3家公司,俄法两国都属于二流,这是一个真正的垄断行业。
专业一点地描述,涡扇发动机要达到更大推力、更低的油耗,首要的是提高增压比、提高热效率,涡轮前温度是衡量热效率的一个重要指标。
例如,第三代苏27的al-31发动机的涡轮前温度是1665k。而第四代-22的-119发动机将这个指标提高到了1977k;al-31的涡轮前温度尚在普通钢材熔点之下,但-119的已超出约200度。
天峰科技公司的涡轴d与涡轴e发动机,涡轮前温度尚在2000k以下,而现在正在研制的这一款涡轮风扇发动机,涡轮前设计温度则已经达到2100k的高温。
要在这样高的温度下正常工作,必须采用了第三代单晶空心叶片。具体什么是单晶空心叶片,在此很难展开描述,只能一片面积仅几平方厘米的叶片具有大量自由曲面、复杂的内腔(用于进气冷却)。还要控制合金晶体生产连续一致,这需要极高超的精密铸造工艺。
李天峰在直升机制造厂待了两天。考虑到自己公司里面有很多事情,尤其是正在研制的这一款涡轮风扇发动机,现在正处在紧要关头,李天峰两天之后回了天峰科技公司。
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中国商-用飞机有限公司。
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