為什麼給了圖紙也造不出，航空發動機四大難點

2020-09-11 機械設計狗

關注國產發動機的朋友想必都聽說過這樣一個論斷：航空發動機性能不行是因為材料不行！材料問題的確是制約國產航發性能的一個因素，但問題並不僅僅在材料方面，而是多方面的。



極端苛刻的可靠性要求

每一次空難事件都會讓人痛心疾首，為了最大程度避免意外的發生，航空發動機的可靠性有著極端嚴苛的要求。現行標準下，要求民用航空發動機必須能夠在極端工況條件下，持續穩定工作3萬小時以上。

這就要求在產品開發階段，要進行大量的實驗驗證。其中，有兩個實驗必不可少，分別是吞冰實驗、拋鳥實驗。


相信大家都聽說過這個故事，一隻鳥撞進飛機引擎中，導致飛機出現意外。拋鳥實驗、吞冰實驗就是為了模擬這種極端工況，確保航空發動機的可靠性。

超高轉速產生的巨大的離心力

為了將巨大的飛機推入高空並高速飛行，發動機葉片需要超高速旋轉，每分鐘高達16000轉。這種情況下，每片葉片都將產生巨大的離心力，相當於葉片自身重量的10000倍，大概在15噸。這麼大的重量都依靠一個小小的聯接榫頭（將葉片和渦輪盤聯接固定的結構）承受。


燃燒室超高溫1800K，超過已知各類合金熔點

發動機燃燒室溫度在1900k左右，目前已知的耐高溫合金熔點在1300k。因此，發動機的工作溫度已經遠遠超過了高溫合金的熔點。

發動機各區域溫度分布

為了解決這個問題，除了繼續研發耐高溫合金，通常採用以下措施：

1，葉片腔內冷卻技術

發動機葉片製造加工技術在不斷改良，由早期的實心葉片，發展到現在的空心葉片。這種葉片，可以在空心腔內通入冷空氣，實現降溫的目的，另外還可以降低葉片重量。

葉片製造技術是航發製造商的核心技術，這種葉片全稱是單晶空心無餘量葉片。製造工序繁雜，多達60道工序。關鍵生產設備主要是熱處理爐和單晶爐，以熱處理爐為例，要求爐內溫度1330℃，爐內任意位置溫差不得超過3℃！製造難度由此可見一斑。


葉片晶體結構


2，耐熱塗層技術

為了隔絕發動機艙內超高溫度，耐熱塗層這一技術也得到了長足發展。通過在耐高溫合金表面沉積耐高溫塗層，起到隔熱作用。

超強風速下，火焰還要穩定燃燒

發動機內氣流高速流動，相當於17級超強颱風，風速高達200公裡/小時。這麼高風速的情況下，還要保證火焰的穩定燃燒！


關於國內航空發動機現狀，曾有業內人士發表過專業看法，筆者覺得很有道理，值得分享。

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