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只有5个国家能造,航空发动机究竟有多少黑科技

来源:航空动力学报 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-03-05
航空发动机,也就是现代喷气式发动机,主要用于各类超音速、高超音速及亚音速飞机。其种类包含涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机两种。主要结构件包括:进气道、压气机、燃烧室、涡轮以及尾喷管等。
简单的几个结构,但包含的零件数量就多大35000多个。以我们国家研制的CJ-1000AX航发为例,它的整体直径达到1.95米,长度为3.29米。其本身所使用的材料就是各种黑科技的集成体。
涡轮叶片始终工作在高温工况下,其严苛的环境对材料有着严格的要求。目前国际主流的涡轮叶片采用粉末冶金工艺制造的空心叶片,其结构有着严格的走向和构型要求,并且为了避免应力集中和结构缺陷,所有的叶片、叶盘都要求一次铸造成型,工艺难度相当大。
另外,考虑到航发工作时,内部的温度高达1600-1700℃,加力燃烧室的温度更是高达1800-1900℃,对高温合金材料的耐热性及高温状态下的力学性能有更高的要求,这也是航发材料需要攻克的难题之一,更是其黑科技的体现。
目前,世界主流的航发所使用的材料最多能耐1100℃的高温,这也就意味着不得不在此基础上采用更复杂的冷却系统,为了达到更高效的冷却效力,冷却系统的设计也是另一项黑科技。
除了材料之外,整个航发的控制系统也值得一提。从压力的控制到温度的控制,如何提高出气口的压力,从而提高压气机的增压比?如何提高尾盘口的温度和压力从而让发动机具有更强的推力?这些都是需要经过理论层面上的反复验证,进而通过不断地模拟、试机验证才能达到理想状态。
正是因为航发有着如此之多的黑科技加身,也让它的制造难度远超想象,至今,全世界能独立自主研发、制造的也仅仅只有5个国家,而中国就是其中之一。