曾繁星　盧磊　高平遠(yuǎn)　張磊

摘 要：航空領(lǐng)域活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化的目的是進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，使其安全性、可靠性等得到提升，同時(shí)還能夠降低噪音、減少污染。當(dāng)前，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展中還存在不少的問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題的分析和解決是發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化的前提，只有更好地解決這些問(wèn)題，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的研究才能獲得突破性進(jìn)展，航空業(yè)才能有更好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：航空；活塞發(fā)動(dòng)機(jī)；問(wèn)題分析；工藝優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：V234.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）09-0060-02

航空領(lǐng)域發(fā)動(dòng)機(jī)的制造工藝精細(xì)、復(fù)雜，即便在信息化時(shí)代，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝優(yōu)化還許解決諸多問(wèn)題?；钊l(fā)動(dòng)機(jī)是航空史上最早使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)這一類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝優(yōu)化研究要結(jié)合“輕量化”理念，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等，使其綜合性能得到提升。

1 航空領(lǐng)域活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝概況

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)作為最早的航空發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型，發(fā)展到如今，它仍然在航天業(yè)中占有很重要的地位。 航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝復(fù)雜，而對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)工藝的優(yōu)化關(guān)系這飛行器的性能、可靠性和成本等等。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國(guó)家在活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝方面的研究比較超前，較好的解決了航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化、可靠性等問(wèn)題，更重要的是航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)不再只依靠航空汽油為燃料，航空煤油、柴油等也普遍的成為航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，這極大的提高了飛機(jī)的高空性能和發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)能以最小的成本帶給飛機(jī)更大的飛行能量。國(guó)內(nèi)對(duì)于重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)還處于探索階段，當(dāng)前大多數(shù)研究是在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的，很少有研究成果被廣泛的應(yīng)用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)中。我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家在航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)方面的研究差距是客觀存在的，在航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化中必須正確的、科學(xué)的看清這一點(diǎn)，才能夠利用好自己的優(yōu)勢(shì)、利用好別人的優(yōu)勢(shì)，使我國(guó)航天事業(yè)得到更迅速的發(fā)展。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化的關(guān)鍵在于兩個(gè)方面，一是材料的選擇，二是先進(jìn)的加工方法。自十九世紀(jì)中期，英國(guó)人亨森提出了蒸汽力驅(qū)動(dòng)的概念，人們就不斷的探索發(fā)動(dòng)機(jī)的制造工藝，夢(mèng)想著人類(lèi)能夠像鳥(niǎo)兒一樣飛向藍(lán)天。后又經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)，美國(guó)人蘭利提出了：當(dāng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)太過(guò)笨重，要實(shí)現(xiàn)飛翔的愿望就需要輕量化發(fā)動(dòng)機(jī)。但是由于當(dāng)時(shí)的攻擊水平較為落后，他的這一理論難以進(jìn)行實(shí)踐。又過(guò)了近二十年，人類(lèi)史上第一架飛機(jī)誕生了，當(dāng)時(shí)這架成功試飛的飛機(jī)所用的發(fā)動(dòng)機(jī)功率為8.9千瓦，功率/重量比為0.109，比蘭利那個(gè)時(shí)代功率/重量比提高了七倍多。此后，隨著航空業(yè)的發(fā)展，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝得到了不斷優(yōu)化，特別是近現(xiàn)代，新型材料的研發(fā)、加工工藝的不斷優(yōu)化，使活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)得到了很大發(fā)展。這一過(guò)程中既有化學(xué)反應(yīng)，又有物理變化，即便現(xiàn)代化的科技手段也無(wú)法完全的避免一些生產(chǎn)狀況發(fā)生，因此，對(duì)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化的進(jìn)一步研究，是生產(chǎn)性能更好，功能更加的航空用發(fā)動(dòng)機(jī)的必要途徑，對(duì)其深入的研究，能夠極大的推動(dòng)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展。

2 航空領(lǐng)域活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝發(fā)展中的若干問(wèn)題分析

當(dāng)前，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于一些輕便的小型飛行器上，例如無(wú)人駕駛飛機(jī)、教練機(jī)、行政機(jī)等，相比于其他類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)有其優(yōu)勢(shì)，也有很多不足、例如，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相比，前者加速性能較好，后者的高空性能略勝一籌。隨著材料和工藝的不斷進(jìn)步，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)本來(lái)應(yīng)該有一個(gè)廣闊的發(fā)展空間，但在世界各國(guó)，由于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝水平的較大差距，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用遇到了較多問(wèn)題，致使活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化過(guò)程中充滿(mǎn)挑戰(zhàn)，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的更新和發(fā)展也遇到諸多難題。以航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性技術(shù)方面的問(wèn)題為例。在先進(jìn)工藝和材料的支持下，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化技術(shù)得到了很大發(fā)展，外形尺寸也在不斷的縮小，呈現(xiàn)出緊湊的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，這樣一方面便于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提高，使以其為動(dòng)力的飛行器具有更好的飛行穩(wěn)定性、可靠性，而且在加速、起降等方面有更多的優(yōu)勢(shì)，也便于機(jī)身曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)。但由于工藝技術(shù)的差異，當(dāng)前的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品都存在著不同的問(wèn)題，需要進(jìn)行技術(shù)難關(guān)突破，目前這些問(wèn)題還沒(méi)得到充分的解決。例如，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，當(dāng)前還有很多的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)只能使用航空汽油，如要使其能夠使用煤油、柴油等作為燃料，就需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，而這類(lèi)技術(shù)大多數(shù)由少數(shù)的發(fā)達(dá)國(guó)家掌握，很多國(guó)家還在實(shí)驗(yàn)研究中。即便那一部分掌握了燃燒煤油、柴油等的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的國(guó)家，其研制的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品還有很大的進(jìn)步空間，其工藝還需進(jìn)一步優(yōu)化。例如，德國(guó)的Canturion2.0型發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以使用煤油或柴油做燃料，但是這類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)造價(jià)比較高，而且維修、保養(yǎng)復(fù)雜、繁瑣，因此其制造工藝還有待優(yōu)化，只有優(yōu)化生產(chǎn)工藝才能提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，使其維修、保養(yǎng)簡(jiǎn)單化，并確保其使用壽命的延長(zhǎng)，使其使用安全性、耐久性得到進(jìn)一步的提升。以航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的熱處理為例，眾所周知這類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)制造的主要材料是鋼，對(duì)鋼的熱處理可以分為普通熱處理和表面熱處理，其目的都是根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的需要改善其生產(chǎn)材料的性能，使活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能得到提高。表面上看這一工藝流程很簡(jiǎn)單，實(shí)際上極為復(fù)雜，且難以掌控。就如同碳分子，有的形態(tài)是常見(jiàn)的燃燒的煤，有的形態(tài)是金剛石，熱處理以改變物質(zhì)的機(jī)械性能使其整體力學(xué)性能得到優(yōu)化為目的，這一過(guò)程中往往會(huì)伴隨著多個(gè)化學(xué)反應(yīng)和物理變化，極難掌握。例如，鋼的熱處理過(guò)程中加入碳可以提高生產(chǎn)材料的強(qiáng)度；淬火過(guò)程中掌握好溫度，可以增加材料的韌性，避免生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)裂紋。另一方面，要依賴(lài)豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，在實(shí)踐中提升理論，這才能使活塞發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝得到更好的優(yōu)化。

3 航空領(lǐng)域活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化的探索

航空領(lǐng)域活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化的影響因素眾多，其中存在問(wèn)題的研究和解決將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。在其工藝優(yōu)化過(guò)程中，首先，研究者期待有更多的資源、信息共享，希望在合作中謀求全人類(lèi)航空事業(yè)的共同發(fā)展，在航空領(lǐng)域活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝優(yōu)化研究中大家能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，共享發(fā)展成果，使活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展更好的為人類(lèi)服務(wù)。其次，我們要客觀的看待該領(lǐng)域我們自身與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，同時(shí)依靠自身的優(yōu)勢(shì)，在活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化方面取得更好的成績(jī)，提高我國(guó)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的自主研發(fā)、自主生產(chǎn)能力，在借鑒、尋求合作的同時(shí)更要注重自身在這方面的研究、探索，以便更好的解決活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝中的眾多難題，使活塞發(fā)動(dòng)機(jī)制造的世界工藝得到優(yōu)化。再次，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工藝優(yōu)化要針對(duì)其工藝生產(chǎn)中的問(wèn)題進(jìn)行研究，而且應(yīng)該將各方面的問(wèn)題進(jìn)行綜合研究，通過(guò)科學(xué)、簡(jiǎn)單、有效的方法進(jìn)行解決。例如，對(duì)于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的氧化脫碳問(wèn)題的解決，可以通過(guò)預(yù)留足夠的碳余量，以確保復(fù)合材料中碳的含量。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，自飛機(jī)誕生以來(lái)，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝發(fā)展就伴隨著航空、航天業(yè)的發(fā)展，當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的種類(lèi)已趨于多元化，特別使新材料的發(fā)現(xiàn)、生成及工藝技術(shù)的進(jìn)步，更給航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造帶來(lái)無(wú)線(xiàn)機(jī)遇，但活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展還有很大空間，優(yōu)化其生產(chǎn)工藝，就是推動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)及航天業(yè)發(fā)展的第一步。

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