主題詞:發動機

中國大飛機發動機研制的難度

2009-08-21 中投機械網
 
中投顧問提示:為滿足中國造大飛機航空動力試驗的要求,今年 5 月中國航空工業集團公司宣布將在四川綿陽市小枧鎮新建一座航空城,為大飛機造 “ 健康心 ” 發動機。

  專家指出,國內在發動機特種試驗技術領域經驗欠缺,比如發動機吞咽 ( 吞鳥、吞冰、吞水和吞砂 ) 等試驗技術。有關試驗設備的建設、試驗方法的設計和測試手段等,對我均是考驗。

  為滿足中國造大飛機航空動力試驗的要求,今年 5 月中國航空工業集團公司宣布將在四川綿陽市小枧鎮新建一座航空城,為大飛機造 “ 健康心 ” 發動機。

 

 研制大型飛機是一項復雜的系統工程,大飛機發動機更是其中的難點。中國工程院院士、中國著名航空動力學專家劉大響曾說:如果把飛機制造比喻為工業皇冠,那么發動機的研制就是皇冠上的明珠。這句話不但形象地說明了大飛機發動機技術含金量之高,也說出了其研制背后的巨大困難和風險。

  研制大飛機意義深遠

  大飛機技術是衡量一個國家科技水平、工業水平和綜合國力的重要標志。由于各國航空工業發展水平不一樣,大飛機 ” 一個相對的概念。國將起飛總重量在 100 噸以上,座位在 150 座以上,單次最大航程在 5000 公里以上的飛機稱為大飛機。通俗而言,就是飛行中途不加油,能從我國南飛到北,西飛到東,同時還能飛抵周邊鄰國的飛機。

  大飛機相對小飛機需要攻克的技術難題要復雜很多,航程遠,安全性要求高,因此對發動機的要求尤為苛刻。大飛機上使用的大型渦輪風扇發動機,每分鐘渦輪轉速超過 5000 次,發動機燃氣流進入渦輪前的溫度高達 1500 攝氏度,發動機的 3 萬余個零部件要在高溫、高壓和高轉速等極端條件下,長期反復使用不出任何問題,不僅是對研制技術的挑戰,也是對一個國家機械、冶金、材料等工業基礎水平的考驗。

  大飛機發動機技術一直是少數大國優先發展、嚴密封鎖的關鍵技術,被美國通用電氣、美國普惠和英國羅爾斯?羅伊斯等幾個航空發動機生產商高度壟斷。因此,國獨立研制大飛機發動機的舉措意義深遠。

  大型渦輪風扇發動機

  關鍵技術未掌握

  渦輪噴氣發動機是航空發動機的一種,主要特點是其前端壓縮扇葉的面積很大,可以 “ 身兼兩職 ” 一是壓縮空氣向后噴出取得推力,二是具有螺旋槳的作用,將機體向前 “ 拉動 ” 這種發動機最適合飛行時速為 400 公里至 2000 公里時使用,這使其成為大型飛機首選的動力來源。

  涵道比 ” 渦輪噴氣發動機的一個重要技術概念。空氣經過核心發動機的部分為 “ 內涵道 ” 空氣經過的核心機外側部分為 “ 外涵道 ” 單位時間內不經過燃燒室的空氣質量,與通過燃燒室空氣質量的比例就是涵道比。大飛機普遍使用的大涵道比渦輪風扇發動機,具有耗油較少、運轉噪音小和推力大的特點,技術優點很突出。

  多年來,國航空動力技術領域取得的成績在于,軍用渦輪噴氣發動機和小涵道比渦輪風扇發動機方面具有一定的研制生產能力,但是大飛機使用的大涵道比渦輪風扇發動機方面,與國際先進水平相比差距較大,大量關鍵技術尚未掌握,自行獨立研發還有較大困難。

  大飛機發動機研制

  幾大難點

  飛機發動機的總體設計,旨在使發動機取得穩定良好的推力和操縱性。因為發動機整機系統的性能不但取決于先進的部件,更是發動機各部件之間取得最佳匹配的結果。目前,國對航空發動機總體結構設計要素的理解還不夠,還沒有形成可供設計參考的規范性文件,外來物撞擊對部件影響的分析及整機安全性分析等許多專業領域,都需要進行更深入的工作。

  發動機防冰系統設計技術方面,國防冰系統設計由于歷史的原因,一直處于借鑒國外防冰系統設計結構的階段,全面性、基礎性試驗很少。相比之下,英、美、俄、德等國早在上世紀三四十年代就已經開始重視防冰問題,形成了較為完備的防冰系統設計體系。

  航空發動機主軸承是航空發動機的關鍵部件之一,高速、高溫、受力復雜的條件下運轉,其質量和性能直接影響到發動機性能、壽命和可靠性。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,完全可以滿足大飛機發動機主軸承的壽命需求。而我國目前航空發動機的主軸承壽命基本在 900 小時以內。

  反推力裝置是大飛機發動機必不可少的常設裝置,可以顯著縮短飛機的著陸滑跑距離 ( 潮濕和結冰的跑道上,這個裝置的作用尤為突出 ) 降低了對機場的要求。美、英、俄等國很早就開展了這方面的基礎研究和工程應用研究,機械式反推力裝置設計方面的技術十分成熟,擁有完備的設計手段、豐富的研制經驗。而國內反推力技術研究剛剛起步,對設計方法和設計技術的掌握少,與國外相比差距很大。
 

 
 
 
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