这个问题我来谈谈我的看法,和大家交流交流。哒哒哒是一名在普通航空院校学习焊接技术与工程专业的本科学生,属于航空材料热加工类的,多多少少接触到了我国航空发动机行业的冰山一角。再加上我是一个军迷,航空迷,这么多年来一直喜欢飞机,对我国的航空发动机也有一点自己的研究。就我个人的看法,我国的航空发动机最大的短板是材料,同时机械结构设计也是一大难题。
涡扇-10
很客观的说,我国航空发动机性能的确欠佳,而且和美俄技术水平相差较大。但目前世界上能够制造战斗机用的小涵道比涡轮风扇发动机的国家屈指可数,主要就是美俄中。我国虽然落后于美俄,但依然是世界少数几个掌握军用航空发动机研制技术的国家。目前西方阵营中除了通用动力(GE),普惠(PW)和英国的罗罗(RR)三大巨头之外,还有法国的斯奈克玛,德国的MTU,意大利的AVIO等几家公司稍微可以研制。社会主义阵营的话基本上就是俄罗斯土星,礼炮和我国的中航发,我国虽然追不上美俄,但是并不比其他几个差!
2016年,我国投资500亿元人民币,将航空发动机从原来的中航工业剥离出来,成立中国航空发动机集团。从此我国航空发动机开始独立发展并迎来了一个小春天。得益于投资的扩大和独立运营,这几年我国航空发动机的发展取得了不小的进步,其中代表性作品就是现在已经公开的涡扇-10“太行”系列发动机。根据媒体报道,我国这款发动机目前已经交付超过800台,大量装备在歼-11和歼-10等战机上。
歼-11的涡扇-10发动机
从这款发动机身上就可以看出目前我国航空发动机材料和技术到底谁更为短板。涡扇-10由606所负责,来源于我国上个世纪80年代的大推力航空发动机计划。于1987年立项,2004年开始大规模列装部队,前前后后一共花了17年,不比一款新型战斗机的研制周期短。涡扇-10发动机的成功,是我国航空发动机发展的一次巨大跨越,同时也证明了我国航空发动机在技术上其实并不是想象中的那么差!
涡扇-10总体结构采用的是主流的3+9+1+1设计,即三级风扇,九级整流,一级高压,一级低压,一共十二级的设计。内部运用了跨音速涡轮风扇,气冷高温叶片,气芯式加力燃油泵等等一系列的全新技术。这些新技术的使用,让涡扇-10得到了138KN,推重比8的漂亮数据。虽然说依然不如俄罗斯的AL-31系列,和美国的F-119,F-135等变态发动机更是差远了,但是却达到了大推力涡轮风扇发动机(一般推力在110KN到150KN的航空发动机称为大推力级航空发动机)的标准。涡扇-10优秀的性能数据就可以证明,我国航空发动机设计和制造技术已经丝毫不亚于世界同代发动机。
再来看一组数据,还是涡扇-10的。涡扇-10的使用寿命在3000-4000小时之间,而美国航空发动机使用寿命在普遍可以达到8000-10000。这就说明一个问题,我国航空发动机的材料远远不如美国。涡扇-10的推力为138KN。而俄罗斯的AL-41虽然寿命也不长,但是推力却达到了180KN,可以推着板砖飞上天。美国的F-135更变态,保证使用寿命达到10000小时的同时,还把推力做到了200KN以上。这样一看,美俄中三国航空发动机材料水平高下立判,我国追上前面的俄罗斯都还有很长的路要走。
航空发动机涡轮叶片工作在高温高压高转速的环境中,对材料的考验非常大。设计和制造技术学习周期短,但是材料的研制和工艺的探索却需要超长的周期和巨大的资金投入,还要承担巨大的失败风险。所以我国航空发动机材料,一直发展不起来,知道近年来资金强有力的运转起来,才开始慢慢有了技术积累。我国涡扇-10早期型号和量产型号使用的材料变化,正好就折射出了我国这几年航空发动机材料的发展。以涡扇-10两个主要的部件,高压涡轮叶片和涡轮盘为例。
叶片金相,从左到右分别为普通等轴晶叶片,定向凝固合金叶片,最右侧没有晶粒的则为单晶叶片。
涡扇-10早期型号高压涡轮叶片采用的是DZ125定向凝固合金。这种牌号的合金是耐高温性能非常优良的合金,可以保证在航空发动机超高温的核心机高速旋转下稳定工作。但是有一个缺点,就是长期工作后容易产生缺陷。这就导致发动机寿命不足和推力不够的问题!到了后来量产,涡扇-10的高压涡轮叶片换成了DD4单晶合金,成功掌握单晶叶片的研制工艺,在航空材料上算是跨出了很大一步。这种材料的改变,让涡扇-10性能提升不少,不过自然没能赶上美俄的水平。
我国的铼镍合金叶片
黎阳在研发涡扇-10的时候下了血本,17年的研制工作给我国的航空发动机技术发展带来了巨大的推动作用。我在头条的这一年几乎只要看到和战斗机有关的内容就能看到有人喷发动机。航空发动机的确是我国航空工业多年的心脏病,但是经过21世纪后我国的连续砸钱,情况已经有所改善,只不过和美俄依然有着差距。设计和制造技术可以很快掌握,但是材料的研制和工艺的探索却需要长时间投入,我们需要给我们的中航发一点时间。