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导语:中国的火箭都能到月亮了,中国的空间站都已建成了,国产民用大客机也开始发展了,四代战机也诞生了,为什么战斗机上的发动机一直不能国产化呢?
在世界范围内,掌握一流水平并能自行制造大涵道大推力高性能民用涡扇发动机的国家只有美国的GE、普惠和英国的罗罗。俄法两国都属于二流,这是一个真正的垄断行业。在这个残酷竞争的人类金字塔上,中国目前距离塔顶还真是有段距离。
工业之花,人类工业皇冠上的明珠:航发、涡扇航发、大涵道大推力高性能高可靠度涡扇航发。这些是我们目前怎么绕也绕不开的“心脏病”。
一、航发为什么这么难?
例如:苏27的AL-31涡扇发动机最大加力推力是12.5吨,2台AL-31可推动苏27以超过2倍音速飞行。但AL-31的风扇直径不到毫米,涡轮直径不到毫米;基本物理学原理,力是相互作用的,也就是说这么小尺寸的风扇、涡轮反过来要时刻承受着12.5吨的力。形象一点说,大家应该都看过壮汉用喉咙顶着钢枪推动汽车的表演,涡扇发动机也大概如此,只是壮汉推汽车是慢慢挪动,而涡扇发动机要推动飞机以2倍音速飞行,各部件要承受住异常严酷的高温高压考验。
另外,一台用于超音速战机的涡扇发动机直径一般仅1米左右、长度4米左右。以AL-31为例,这么小的一个圆筒状物体,要塞进4级风扇、9级压气机、2级涡轮、可收敛-扩张喷管、燃烧室、加力燃烧室,还要在之间安排冷却空气通道,周围安装燃油控制系统等。所以,设计、制造一台高性能的涡扇发动机,难度极大。
专业一点地描述,涡扇发动机要达到更大推力、更低的油耗,首要的是提高增压比、提高热效率,涡轮前温度是衡量热效率的一个重要指标。
而发动机要提高推力与自身重量之比,还要将压气机和涡轮造得更轻巧。压气机和涡轮的传统制造工艺是将叶片以榫头、榫槽锁紧的方式连接在叶盘上,但西方先进发动机已开始采用整体叶盘。整体叶盘的制造工艺有10多种,但除了上述的美英3家航发巨头,其它国家也还未能应用于批量生产。
二、中国航发水平为何与世界一流差距巨大?
我国军事工业以苏联技术援助起家,擅长逆向仿制,在过去解决了多个领域的"有无"问题。但涡扇发动机这个"工业王冠",应用有各种新理论、新材料、新工艺,要做到"知其然"都难,可以说是无法简单复制的。甚至,在没有操作手册的情况下,要将涡扇发动机正确拆开都困难。
即便是能制造出各种类型的发动机构件,但是在装配上仍然需要技术、工艺支撑,同一生产线上制造出来的不同批次发动机都存在差别。你要仿制别人的新型发动机,所要花的时间可能比自己从零开始研发还要多,而且仿制产品的性能还很可能不及原型机。
三、九江汉唐光电如何为航空发动机事业注入“新动能”?
在党和国家号召全国力量解决卡脖子技术,鼓励科技人员把个人事业与国家需求结合起来大背景下,自年九江汉唐光电团队凭借20多年的滑环技术研发基础,自筹资金开始投入研究高速滑环引电器技术,目标解决我国rpm高速滑环引电器技术被卡脖子问题。
通过自建电化学精细增材实验室、00rpm高速滑环引电器旋转实验室、摩擦副配比实验室,开展了小尺寸高速运动的电接触摩擦表面几何特性规律、高速联轴技术及电接触摩擦发热等技术研究,通过系统性基础研究,摸索到最佳接触表面粗糙度几何量化精度,并掌握不同转速下摩擦产生的高频噪声产生的规律和抑制方法;分析了高速旋转下振动传导和毫米级轴向窜动对滑环传输性能影响,掌握了高速运动下隔离振动和释放轴向窜动的解决方法;找到了高转速影响滑环引电器工作触点部位温升要素。通过大量实验,掌握了滑环引电器温度平衡快速热交换技术和方法;通过导电滑环细长轴体精密集成和精密加工工艺研究,超过次金属和非金属多层混合成型技术工艺验证,掌握了油冷循环超高速滑环的核心技术和制备方法,形成了自主可控的发明专利技术。
如今的九江汉唐光电已将高速滑环引电器所有的部件全部实现国产化,并形成环路数32~环之间、转速0-00rpm的超高速滑环引电器系列产品,工作寿命最高达2亿转,在试验的过程中每路动态电阻值稳定,传输精度极高,性能非常稳定,彻底打破国外在航空发动机和燃气轮机测试中对高速滑环引电器的独家垄断状态。
十余年来,汉唐团队通过自行开展高速滑环引电器研制,从高速滑环引电器结构设计、材料选取和机械加工、总体装配、安装调试,对高速滑环引电器的最终性能做出详细评估。九江汉唐光电00rpm高速滑环引电器的研制成功,突破了国外对此项技术的长期封锁,改变了高速滑环引电器价格超高、采购难以及维护保养受制于人的不利局面,为航空发动机动应力测量的开展提供了有力保障。
风起看汉唐,创新正当时,九江汉唐光电将秉承以诚待人,以信取利的企业理念,努力为中国高质量滑环零部件领域创造新基准,为中国航天航空发动机测试研究注入“新动能”。