中國航空發動機如何突破瓶頸?

中國航空發動機如何突破瓶頸?
7 個回答
海事先锋
2018-09-21

我國的航空發動機如果想要突破目前的瓶頸,需要解決三大問題,第一個是全壽命問題,第二個是推力增加問題,第三個是擴大產能問題。這三個問題其實都不容易解決。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

圖為美國在測試其推力最大的戰鬥機發動機,F135。


以我國目前推力最大的發動機太行WS10和正在研發的最先進的發動機渦扇15為例子。渦扇10太行發動機的改進型, 也就是WS10A的壽命是3000小時,翻修間隔是1200小時,平均無故障時間是500小時,這還是已經用了快10年,通過不斷的發現問題、改善性能得到的最好數據,他的推力是13.2噸,比起美國的F119發動機的15.5噸推力要小2噸多,但是壽命還短了2000小時以上,近乎於只有美國F119發動機一半的壽命。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

圖中這架殲10B戰鬥機使用了一臺新型三維矢量發動機。


而渦扇10太行發動機的增大推力改進型,也就是渦扇10B則只有2000小時的全壽命,無故障間隔僅僅300小時,推力為14噸,比起F119發動機小了1.5噸,所以這就體現出我國航空發動機在壽命和推力上的問題。要增大推力,必然降低壽命,因為增大推力意味著更高的渦輪前溫度,但是如果發動機渦輪盤葉片不能承受高溫,那麼就會帶來降低壽命的困擾,但是壽命降低到一定程度就不能再低了,所以只能是採取其他的辦法了。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

目前在殲20戰鬥機上使用的就是太行發動機,型號應該是WS10B。


比如更換材料,使用新的耐高溫材料。目前,能夠採用的最先進的耐高溫材料無非是大量添加了錸金屬的單晶葉片,但是這樣的單晶葉片生產成本高,而且錸很難獲得,所以限制了我國航空發動機單晶材料水平的提升,也由此影響到了發動機壽命的提高。同時,加工的精細度業還需要提升,我國的航空發動機之前都很少用到激光焊接、切割等設備,這導致了發動機的加工精細度不足,所以發動機的故障率比較高。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

圖為我國渦扇15發動機的設想圖。


以渦扇15來看的話,我國已經再這些方面取得了一些突破。渦扇15發動機的推力達到了18噸,和美國推力最大的F135發動機的推力是一致的,壽命也是3000小時,說明我國已經在發動機的材料和加工技術上獲得了巨大的進步,起碼渦扇15是要比美國F22上用的F119是更強的了,但是仍然距離F135有一些差距,畢竟F135在推力18噸的情況下,壽命也有5000多小時,而且還計劃增推到22噸,所以我們要做的工作還有很多。

诸葛小兵兵
2018-03-06

每日點兵,為您解答

瓶頸?你這是汙衊啊。哪兒來的瓶頸……瓶頸那是有一個地方卡住了,奈何現在是處處都卡住……

我國航空發動機產業面臨三大問題,首先是基礎加工工藝不合格,其次是品控問題,最後是工程設計。

一、基礎加工

中國航空發動機如何突破瓶頸?

根據中航工業南方航空動力機械公司關於《某航空發動機三聯軸承故障分析》。在對問題發動機檢測的時候,發現1#軸承內環前半環(帶油孔槽的半內環)滾動面存在著嚴重的磨損和脫落現象。並且9個鋼球表面均出現不同程度的磨損和輕微脫落。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

在歸納總結原因時,該文章直言不諱的講到,由於軸承組裝問題,導致零件出現磨損和脫落現象。

二、品控問題

中國航空發動機如何突破瓶頸?

根據中國航發南方工業有限公司在2017年8月發表的《某新型發動機一級主動齒輪斷裂原因分析》。該型發動機一級齒輪主動斷裂的原因就是在零件滲碳層深度不合格。這裡就反映出品控問題。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

按道理來說,品控管理做的好的話,是不會出現這樣的問題的。因為材料在進入工廠的時候,都會有檢查。如果不合格的話,肯定會返廠的。但通過該論文所講述的內容,檢測人員沒有這樣做,反而讓這些不合格材料進入工廠。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

能讓整天報喜不報憂的官方媒體公然承認錯誤,足以說明問題的嚴重性!

三、工程設計問題

其實這個對於我們來說不是什麼大問題,也情有可原。眾所周知,我國航空發動機起步較晚,跟西方差距較大。像我國的太行發動機,它的高壓級照搬美國通用動力公司F110發動機的相關構型。一般來說,航空發動機的高壓級和低壓級是要匹配的,這樣才能形成完整的雙轉子發動機。結果我們沒有像F110發動機那樣的低壓機。結果只能抄Al31發動機的方案。奈何AL31的旋轉方向跟F110是反著的,導致風扇的氣流進入高壓壓氣機的時候紊亂,匹配困難。而且兩個軸相對轉速兩萬多轉,比正常高几倍,兩軸之間的中介軸承根本頂不住。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

一坑四弹
2018-03-06

說起這事,我先說一個題外話。80年代末我國搞了個“桑塔納”國產化工程,為了儘快形成我國的“造車”能力,工業部門經過技術摸底,提出了7年之內國產化率80%的死命令!不要笑,中國當時的工業基礎就是這水平。

中國航空發動機如何突破瓶頸?

同樣80年代末期,我國得到了cfm56這一款渦扇發動機核心機,立即動手仿製核心機,進而研發出渦扇10。而同時殲10也一併開始研發,當時是準備把仿製好的渦扇10發動機裝到殲10上。

中國航空發動機如何突破瓶頸?
美國f110發動機,也是cfm56衍生而來

中國信心滿滿,卻被薄弱的工業基礎澆了個透心涼,仿製過程極為曲折艱難,基本難以為繼。而此時殲11和殲10飛機的研製卻穩步進行,鑑於我國已經把三代機的動力全壓在了渦扇10上,跪著也得走完,10年時間過去,渦扇10才進入PFRT階段。嚴重滯後的進度讓我們不得已求助俄羅斯幫我們改了al31-fn裝在殲10上應急。一直到2000年,工業部門才拿出來了個不怎麼能用的渦扇10。要想裝到飛機用上還得繼續對這個渦扇10大改,又過了十年,直到2010年,大改的渦扇10,也就是渦扇10A才完成定型。達到了設計的要求,隨後開始大批量生產。

中國航空發動機如何突破瓶頸?圖為渦扇10A

渦扇10A從仿製核心機到批量生產,用了整整一代人!渦扇發動機不是說玩就能玩的起來的,任何一個部件體現的都是整個國家的工業實力,為了一個渦輪葉片,我國曾經艱難攻關五六年。看起來突破了一個瓶頸,馬上又會接著來一個瓶頸。沒有雄厚的工業實力,想走到最後那簡直是做夢。就像印度的渦扇發動機計劃,都上了高空臺,最後還不是難以繼續,只能下馬。

中國航空發動機如何突破瓶頸?下一代渦扇15發動機
資料圖

想突破瓶頸,必須是整體突破,差了哪一點都搞不成航空發動機。現在我國的渦扇發動機離美國的技術還差了一代,正在奮力追趕,再著急也沒有用,美帝多厲害,當年f15也還不是趴了好幾年窩,贏得了“機庫皇后”的稱號。這個東西當年只有等到整個工業實力起來了,打通了發動機的所有技術,才能真正解決問題!

大宝视频
2018-03-04

中國的航空發動機一直是所有國人關心的話題。

長久以來被人們形象的稱之為心臟病!雖然近年來,我國在航空發動機領域投入巨資進行研發。像Ws10、Ws10A、ws15、ws18和ws20動發動機相繼露面,我國空軍也已經開始了試飛工作。但這裡可以很明確的告訴大家。中國的航空發動機與美國的差距一點也沒變小。反而有被拉大的趨勢。
中國航空發動機如何突破瓶頸?

也許看到這裡很多人要開始噴了。別急,看完下面的內容再噴不遲。

先讓我們來看看美國上個世紀的一款發動機,最具代表性的就是SR71黑鳥偵察機的J58發動機。這是一款變循環發動機,可以在渦輪噴氣和壓氣機輔助衝壓發動機之間進行變循環。也是至今唯一一款可以持續使用加力燃燒室的軍用發動機。可以讓黑鳥長時間以3倍音速飛行,其中間推力25,000磅(110千牛),加力推力達到34,000磅(150千牛)。而這只是美國上世紀60年代的發動機。
中國航空發動機如何突破瓶頸?

再來看看現在,前不久美國剛剛完成了了F35戰機使用的普惠F135發動機的升級計劃,它可提高F-35飛行包線6-7%的推力,並減少6%的油耗。改進後推力由之前的43000磅,增加到45000磅(20411/204.12kN),使得人類在研發的戰鬥機的發動機推力首次突破20噸大關:達到20.4噸。再次刷新了由它保持的世界紀錄。
中國航空發動機如何突破瓶頸?

這個數字有多可怕?20.4噸是俄羅斯蘇57戰機上的AL41發動機的1.39倍,是蘇35戰機發動機的1.44倍,是我國引進的AL31發動機的1.65倍。
中國航空發動機如何突破瓶頸?

所以說,現在網絡上高喊的彎道超車,突破瓶頸還太早了。美國近百年的航空發動機技術積累不是說超越就能超越的。我國唯一能作的只能是慢慢積累,航空發動機技術不可能一撮而就。沒有長時間的積累不可能突破瓶頸。

威呐解析
2018-03-04

中國的航空發動機一直是空軍的“心臟病”!
中國航空發動機如何突破瓶頸?
使用俄製AL-31FN發動機的殲-10戰鬥機

中國航空發動機如何突破瓶頸?
使用俄製RD-93發動機的殲-31發動機

而對於航空發動機,業界有一個對它特定的評價,即被譽為是“工業製造業皇冠上的明珠”,由此,也可以表明航空發動機在工業製造業方面的地位!

目前,無論是在軍用還是民用方面,美國在航空發動機領域處於領先地位,其次是歐洲、俄羅斯。

中國航空發動機如何突破瓶頸?F-35戰鬥機使用的F-135發動機

中國航空發動機如何突破瓶頸?F35B戰鬥機採用的F-135發動機衍生型號F-135-600發動機

中國航空發動機如何突破瓶頸?通用的GEnx發動機,C919的LEAP發動機的原型

我國在航空發動機方面還處於追趕的位置,正努力縮小與先進水平的差距。在民用航空發動機方面,我國還尚未有成熟的產品,雖之前也做過不同型號的研發,但距實際應用還有不小差距。如配套C919的“長江1000”發動機(CJ1000),仍處於研發階段。
中國航空發動機如何突破瓶頸?國產CJ1000大涵道比渦扇發動機模型

在軍用航空發動機方面,情況比民用領域要好,我國獨立研製的“太行”發動機以及其他的改進型號,經過近30年的不斷努力,目前已經批量裝備中國空軍,為空軍現代化提供了有力支持。但總體來講,我們的技術水平相對美歐主流還比較落後,如不加快腳步,存在被進一步拉開差距的風險。
中國航空發動機如何突破瓶頸?
“太行”發動機

個人的理解,在航空發動機領域如想有所突破,應從以下幾個方面著手:

(1)開發高性能材料:高性能材料研發高端航空發動機的基礎。由於工作環境的特殊性,發動機結構部件需要經受極端的考研,如材料性能不達標,必然無法實現高性能指標,此方面已有一點進展。
中國航空發動機如何突破瓶頸?國產高性能航空發動機材料研發成功新聞發佈會

(2)高端加工工藝:航空發動機對零部件加工、裝配工藝要求極高,略微的偏差都可能造成性能大幅下降甚至發生事故。以發動機葉片為例,需要根據流體力學要求具有三維複雜曲面,同時,還需在極小的空間內留有冷卻流道,難度可知一斑。
中國航空發動機如何突破瓶頸?“羅.羅”公司生產的葉片結構圖(勞斯萊斯哦)

(3)先進的設計理念:傳統的航空發動機結構,其性能潛力已挖掘的差不多了,想要進一步大幅度提升性能,必須有新的設計理念,如下一代航空發動機技術路線之一的自適應變循環發動機等,這方面美國也已走到前列,並開始進行工程驗證試驗,預計最快2020年試飛。
中國航空發動機如何突破瓶頸?GE和普.惠聯合研製的自適應變循環發動機結構示意圖

(4)核心人才和有效的制度:任何技術的發展和載體都是人,如何充分發揮人的才能,那就需要有效的制度。航空發動機研發是一項基礎和延續性很強的任務,很多基礎性的理論和數據是不可能外傳的,因此,不太可能有捷徑可走,需要具有高度專業性的技術人才潛心研究,但由於各種各樣的原因,這兩個方面目前仍有很大提升空間。

誠然,我們的航空發動機技術與美、歐最高水平確實存在不小的差距,但近些年也取得了較大的進步,下一代高端航空發動機也在研發階段,可能不久的將來就會面世,屆時將進一步縮小差距。
中國航空發動機如何突破瓶頸?中國軍用航空發動機圖譜

上圖紅圈內即為“太行”發動機,其右上角為傳說可能是我國下一代航空發動機的為渦扇-15發動機。


以上為個人的理解,歡迎關注、討論交流。

军迷爱军
2018-03-04

中國在渦噴渦扇發動機領域與美國差距較大,原因很多,比如文革,技術封鎖,資金人才等等這裡不一一說明。但是如果想要縮小這個差距也不是沒有可能。比起傳統發動機領域,中國在新概念發動機領域與美國的差距要小的多,比如超燃衝壓發動機,脈衝爆震發動機,ATR發動機,全電發動機,多核心發動機等等。這些新概念發動機領域中美差距長的只有10年左右,有些甚至領先美國。渦扇渦噴只不過是航空發動機裡面的冰水一角,未來的航空發動機將迎來百花齊放的局面。

中國想要突破瓶頸縮短與美國的差距,只能是跨越式發展,將重點放到新概念發動機上。就像汽車領域中國重點發展電動車而非燃油車,計算機領域重點發展量子計算機而非電子計算機一樣,都是為了未來能追上世界領先水平。

狸花猫22
2018-09-22

本來不太想寫的,看到那麼多說材料的,就把自己的想法說一下!

航發是一個系統高度集成的工業品,也是分成幾代的,目前主流是三代和四代!

三代大推有美國的f100/f110系列,俄國的al31系列,中國的太行!三代中推有美國的f404,俄國的rd33/93,法國的m88,中國的渦扇13!材料多樣!

四代大推目前服役的只有美國的f119/135,在研的俄國產品30,中國渦扇十五!四代中推美國的f414,英國的ej200,在研的中國渦扇19(進度比渦扇十五快)!均採用三代高溫合金葉片!

以上是介紹,讓大家有個初步認識,下面具體說說我國航發工業水平!

在14年初至前,我國三代大推很不穩定,故障頻發,於是中國材料不行,中國工藝不行的段子滿天飛,到今天依然很有市場!直到小日本的xf5-1小推力發動機出來後,才有聰明人反應過來,該發動機用豪華的四代材料做出了一個推力不到8的三代小推力發動機(四代航發用第三代材料),渦前溫度高的嚇人,推力讓人笑掉大牙,於是聰明人發現了問題,太行和美國f110是表兄弟,為什麼太行的材料和工藝都要比f110要好?於是乎,根源找到了,根本的設計能力不行,這才是中國航發落後的關鍵!

有人說航發就是看材料,對也不對,比如太行和110推力差不多,撇開國家讓不懂發動機的人來看(不讓他知道發動機哪個國家的),太行用了部分三代材料和工藝,110沒有用,很多人看了,這不說明太行材料更好,更先進嗎?而讓懂得人來看,一定會說一句,艹,垃圾設計,居然要用下一代材料來補設計不足!

航空發動機的核心技術是什麼?設計和經驗的積累!美國的f110為了一個燃燒室,好像做了2700個模型去一個一個試,所以航發是設計並一個一個試出來的,美國英國設計的多,自然積累深厚,內功強,不需要華麗的招式!

中國目前的困境是什麼?時間,我們的積累太薄,設計經驗太淺,還需要一步一步的走,沒有捷徑,等我們經驗積累的差不多了,我們的航發就真的趕上來了!

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