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中国航发任重道远

发布时间:2016-10-25  原作者:晨枫   点击数:

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  2016年8月28日,中国航空发动机集团在北京正式成立,由国务院、北京市政府、中航集团、商飞共同出资,注资资本500亿人民币,下辖职工92000人,包括中科院和工程院院士6名及一大批专家学者和杰出技术技能人才。航发集团将集中致力于军民用航空发动机的设计、制造、试验、相关材料研制等方面,建立完整自主的产业链,提高整体研发和制造水平。据报道,现在中国军机发动机约有90%为国产,包括自主研制产品和仿制产品。未来20年里,中国军机发动机市场价值可到452亿美元,民机发动机市场更是接近2600亿美元。航发集团有意在这一大潮中成为弄潮儿。

  高性能而又可靠的航空发动机代表了工业技术的最高水平。以涡轮叶片为例,在地面?;刺?,温度与气温相同。但启动之后,在几分钟内就要以最大推力起飞,涡轮前温度最高可达1650K以上。这样剧烈的温度循环对材料和质量是极大的考验。航空发动机也是航空工业的中坚,推力大、重量轻、油耗低、可靠性高的发动机是任何成功的飞机设计的起点。离开优秀的发动机,最优秀的飞机设计也只能说是存憾。

  当前,航空发动机的发展正处在关键阶段??湛陀氩ㄒ敉瞥鲂乱淮腁320NEO和波音737MAX,经济性有了跨越性的提高,这主要来自换装的普拉特·惠特尼PW1000G和通用电气-斯奈克玛LEAP先进涡扇发动机,气动、结构和其他方面的改进都是次要的。在军用方面,美国空军正在推动自适应三涵道发动机的研发,在推力、油耗和进气道-发动机整合方面达到新的境界,并可能用于F-35的换装和下一代战斗机的动力。航空发动机也是船用燃气轮机的基础,英国罗尔斯·罗伊斯WR21采用中冷回热(简称ICR)新技术,油耗与船用柴油机相当,但基本技术还是来自RB211涡扇。采用废热循环和热电联产的燃气轮机发电比锅炉-汽轮机的热效率更高,尤其适合以天然气为能源的清洁热电。

  这也是中国航空的起飞时代。歼-10、歼-11、歼-15、歼-16的轰鸣才不多久,歼-20、运-20、直-20等新型军用飞机已经不断涌现,现用发动机只是过渡的,急待国产高性能发动机来发挥全部性能。眼界放宽一点,无人机和巡航导弹也亟待先进涡扇来大幅度提高性能。在民用方面,ARJ-21、C919和已经签署的中俄合作研发的宽体客机更是在呼唤国产高性能发动机。需要在第一时间直接与西方先进水平正面竞争的民航发动机对中国航发是尤其严峻的考验。

歼-20、运-20、直-20等新型军用飞机已经不断涌现,现用发动机只是过渡的,急待国产高性能发动机来发挥全部性能
歼-20、运-20、直-20等新型军用飞机已经不断涌现,现用发动机只是过渡的,急待国产高性能发动机来发挥全部性能(Photo:北风)

  民航发动机装上飞机使用后,除日常保养之外,要平均飞行30000小时后,才需要拆下来检修,这是西方民航发动机的一般标准。这其实不是工业标准,只是用户的合理期望。这不是一直如此的,早期民航发动机的可靠性很不堪,西方民航发动机达到现在的可靠性水平是几十年精益求精的结果。

  民航发动机是耐用品,需要有遍及全球用户圈的保养、修理、翻修体系。也就是说,如果中国民航发动机要走向世界,需要建立全球备件、维修网络,提供定期和应急检修任务,培训全球性的技术服务队伍。这还包括设施和人员的认证体系。

  但是第一步,中国航发要拿出过硬的发动机来,这涉及到整个从研发、设计到制造、测试的产业链。在这里,安全至上,质量第一,科学精神而不是教条主义,在谦虚学习中破除迷信,精益求精、不断精进而不是一步到位,这些现代工业文化的精髓是中国航发成功的关键。

  现代航空发动机主要是涡扇,基本原理不复杂,但在高度优化的过程中,具体技术已经发展到非常复杂的程度,而恶魔总是在细节之中。

  典型涡扇发动机由风扇、高低压压气机、燃烧室、高低压涡轮和喷口组成,民航常用的高涵道比涡扇实际上由风扇产生最大份额的推力,风扇推力与内涵道推力之比恰好就等于涵道比。理想涡桨的涵道比无穷大,内涵道的推力可以忽略不计。直升机用的涡轴则取消风扇,但喷口不产生推力,喷流驱动自由涡轮,转换成轴功率,通过减速齿轮驱动旋翼。这些涡轮类发动机在原理上共用核心发动机,也就是包含高压压气机、燃烧室和高压涡轮的部分。

涡扇发动机工作原理
涡扇发动机工作原理

涡桨发动机工作原理
涡桨发动机工作原理

桨扇发动机工作原理
桨扇发动机工作原理

涡轴发动机工作原理
涡轴发动机工作原理

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