大型飛機(jī)運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)探析

安然 馬文浩 趙學(xué)謙 王彥龍

摘 要： 對(duì)軍民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探析，從大涵道比窩發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、現(xiàn)階段發(fā)展存在的問題等方面，對(duì)我國大涵道比窩發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展水平做了分析。發(fā)展我國大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該從關(guān)鍵技術(shù)著手，并在國際合作、材料工藝試驗(yàn)條件建設(shè)等方面作出全面的努力。

關(guān)鍵詞： 軍民用；大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)展現(xiàn)狀；關(guān)鍵技術(shù)；措施途徑

1我國大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與存在問題

1.1大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的核心構(gòu)件，大型飛機(jī)自主研發(fā)領(lǐng)域主要以大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主[1]，攻克發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)難關(guān)就等于成功擁有了研發(fā)大型飛機(jī)自主能力。據(jù)可靠數(shù)據(jù)顯示，世界范圍內(nèi)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)值已經(jīng)占到發(fā)動(dòng)機(jī)總產(chǎn)值的80%，這證明了大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在航空領(lǐng)域的重要地位。為使我國的航空動(dòng)力產(chǎn)業(yè)和航空工業(yè)與世界接軌，就必須將發(fā)展大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為重點(diǎn)，發(fā)展自身完整、獨(dú)立、高端的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。未來大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)需求將更為廣闊，專家預(yù)測，在未來20年中，我國將新增2750臺(tái)大型飛機(jī)的使用，大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、軍事效益，其用途廣泛、市場前景巨大，對(duì)推動(dòng)我國國防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步具有重大作用。

1.2大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展存在問題

我國的航空動(dòng)力技術(shù)正處在飛速發(fā)展的階段，目前已經(jīng)取得了一些顯著的成績，共研制了六萬多臺(tái)包括數(shù)十種不同型號(hào)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，裝備了幾十種軍民用飛機(jī)，使得我國航空事業(yè)和空軍裝備建設(shè)取得了重大進(jìn)步。而在針對(duì)大型飛機(jī)的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)方面，主要是對(duì)風(fēng)扇/增壓級(jí)、高壓壓氣機(jī)等核心技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究，同時(shí)在航空推進(jìn)技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃的幫助下，增設(shè)了以定型的太行發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)為基礎(chǔ)的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)，雖然較之前有所進(jìn)步，但相對(duì)于世界先進(jìn)技術(shù)水平仍然存在很大差距，現(xiàn)階段的技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，尚未能掌握核心的關(guān)鍵技術(shù)，部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備本身存在缺陷，工程設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)不足，在大型飛機(jī)的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)方面較為困難。

2大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

2.1主要設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

軍民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在總體、部件、系統(tǒng)、整機(jī)、仿真等方面主要技術(shù)基本相同，只在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保和壽命方面存在差異，故可將二者的關(guān)鍵技術(shù)統(tǒng)一進(jìn)行研究。這些技術(shù)要素主要包括：大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)技術(shù)（含飛發(fā)一體化和經(jīng)濟(jì)性分析）；民用發(fā)動(dòng)機(jī)適航技術(shù)；高效高級(jí)壓比壓氣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)；大涵道比風(fēng)扇/增壓級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)；高性能長壽命高、低壓渦輪設(shè)計(jì)技術(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)短艙及反推力裝置設(shè)計(jì)技術(shù)；低排放、長壽命燃燒室設(shè)計(jì)技術(shù)；驗(yàn)證機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)；核心機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)[2]；大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[3]；整機(jī)/部件綜合數(shù)值仿真技術(shù)；長壽命、高可靠性和可維護(hù)性設(shè)計(jì)技術(shù)；低噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)；故障診斷和監(jiān)控技術(shù)；軸承和傳動(dòng)潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)；渦輪主動(dòng)間隙控制技術(shù)；輔助動(dòng)力裝置（APU）設(shè)計(jì)技術(shù)。

2.2材料、工藝技術(shù)

大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用現(xiàn)有成熟材料和工藝，但在部分關(guān)鍵零部件（如大型風(fēng)扇葉片、機(jī)匣等）的制造上仍有其特殊要求，需要進(jìn)行攻關(guān)，采用更多的新材料和新工藝，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軍民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制中需要攻關(guān)的主要材料工藝項(xiàng)目包括：大型寬弦風(fēng)扇空心葉片（欽合金或復(fù)合材料）制造技術(shù)；大型欽合金中介機(jī)匣鑄造、焊接和制造技術(shù)；復(fù)合材料包容環(huán)制造技術(shù)；風(fēng)扇盤圓弧型樺槽加工技術(shù)；欽合金整體葉盤/葉環(huán)制造及修復(fù)技術(shù)；三維彎扭多聯(lián)組合渦輪導(dǎo)向葉片精鑄技術(shù)；高溫欽合金材料工程化與制造工藝；

鎳基高溫合金整體葉盤低成本制造技術(shù)；定向凝固帶冠大展弦比低壓渦輪葉片精鑄技術(shù)；低成本燃燒室機(jī)匣整體鑄造技術(shù)；風(fēng)扇機(jī)匣涂層本機(jī)加工技術(shù)；風(fēng)扇轉(zhuǎn)子和發(fā)動(dòng)機(jī)本機(jī)平衡技術(shù)；火焰筒浮動(dòng)壁材料與制造技術(shù)；渦輪導(dǎo)葉低成本材料、鑄造以及打孔工藝；高壓渦輪動(dòng)葉及導(dǎo)葉用涂層及其涂覆工藝；單晶渦輪葉片低成本材料、鑄造以及打孔工藝；粉末輪盤制粉、鍛造工藝以及缺陷檢測。

2.3試驗(yàn)、測試技術(shù)

大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相較于軍用小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)有所不同，因其在流量、推力、尺寸方面相應(yīng)加大，故要求相應(yīng)的技術(shù)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備共同完善，除此之外，由于大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、尤其是民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，需要達(dá)到適航條例中的嚴(yán)格的適航標(biāo)準(zhǔn)才可使用，因此需要提前進(jìn)行反復(fù)多次的特殊適航試驗(yàn)，如包容試驗(yàn)、吞咽試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)等，故在進(jìn)行相關(guān)缺門實(shí)驗(yàn)設(shè)備的同時(shí)，還需針對(duì)特殊試驗(yàn)展開相應(yīng)的研究，制定科學(xué)的試樣方法和規(guī)范，保證大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)所需的特殊試驗(yàn)技術(shù)符合條件，主要內(nèi)容包括：整機(jī)試驗(yàn)與調(diào)試技術(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)反推力試車技術(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)投鳥試驗(yàn)技術(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)風(fēng)、逆風(fēng)試驗(yàn)技術(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)吞水、吞冰、吞砂試驗(yàn)技術(shù)；風(fēng)扇葉片包容試驗(yàn)技術(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲場測量技術(shù)；整機(jī)和部件壽命和可靠性試驗(yàn)技術(shù)。

3關(guān)鍵技術(shù)解決策略

3.1軍用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

軍用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展經(jīng)過了型號(hào)驗(yàn)證機(jī)研制、原型機(jī)研制和科研試飛、定型批研制和設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)定型及批量使用幾個(gè)階段的充分發(fā)展，已經(jīng)取得了一定成效，繼承性較高，具備了定型發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)、滑油系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的部分附件，可降低研制成本、縮短研制周期，研制風(fēng)險(xiǎn)小。

3.2民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

在解決民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究問題時(shí)，需制定充分的研究計(jì)劃，積極開展國際間的技術(shù)合作，展開部件/系統(tǒng)/核心機(jī)/驗(yàn)證機(jī)的積極研制，提高自主創(chuàng)新能力，早日攻破關(guān)鍵技術(shù)，夯實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)。同時(shí)在驗(yàn)證機(jī)的基礎(chǔ)努力推進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)力量，積極研發(fā)出具有本國特色并符合標(biāo)準(zhǔn)適航條件的民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。專注發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的總體方案設(shè)計(jì)和部件設(shè)計(jì)、加工和試驗(yàn)、核心機(jī)和驗(yàn)證機(jī)的工程設(shè)計(jì)、加工和試驗(yàn)驗(yàn)證。 在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高空臺(tái)性能的基礎(chǔ)上，按照干線客機(jī)的技術(shù)要求，進(jìn)行原型機(jī)的開發(fā)研制，并使得研制的機(jī)型符合生產(chǎn)使用和適航標(biāo)準(zhǔn)。

3.3積極開展國際合作

我國航空動(dòng)力行業(yè)正處于發(fā)展階段，尤其在大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，技術(shù)力量更加薄弱，尚存很多技術(shù)難點(diǎn)無法攻破，由于缺乏研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，工藝、材料落后，試樣設(shè)備不齊全以及缺乏高水平技術(shù)人才等原因，導(dǎo)致先進(jìn)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)無法在短期內(nèi)研發(fā)完成。要想解決這些問題，航空科研部門必須積極進(jìn)行創(chuàng)新，夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，充分加強(qiáng)與國際間的交流合作，提升自身的科研能力水平。

3.4加強(qiáng)材料、工藝、試驗(yàn)等基礎(chǔ)條件建設(shè)。

大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)跟應(yīng)用的材料以及相關(guān)工藝有著直接的關(guān)聯(lián)，對(duì)此需及早解決并突破現(xiàn)狀。大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過程需要采取特殊的加工和試驗(yàn)方法，對(duì)此需要在當(dāng)前的條件下，及時(shí)進(jìn)行技術(shù)和設(shè)備的配套完善，這些技術(shù)設(shè)備包括：環(huán)境試車臺(tái)、2號(hào)高空艙、野外試車臺(tái)、快速反應(yīng)科研試制力量等。

4結(jié)論

發(fā)展我國航空事業(yè)是黨和國家的重要方針政策。大型飛機(jī)作為航空動(dòng)力產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵組成，需要得到各個(gè)科研機(jī)構(gòu)的充分重視，尤其是在大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)領(lǐng)域，要不斷攻克技術(shù)難關(guān)，積極進(jìn)行技術(shù)的自主創(chuàng)新，采取更加先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，不斷推進(jìn)大型飛機(jī)的研制開發(fā)，使得我國的航空航天工程能夠取得更大的進(jìn)步，早日與國際接軌。

參考文獻(xiàn)

[1]黃國平，梁德旺，何志強(qiáng). 大型飛機(jī)輔助動(dòng)力裝置與微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比[J]. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2008（02）：383-388.

[2]曹春曉. 一代材料技術(shù)，一代大型飛機(jī)[J]. 航空學(xué)報(bào)，2008（03）：701-706.

[3]蓋宇春，朱偉東，柯映林. 大型飛機(jī)總裝配中支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)分析技術(shù)[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2013，47（12）：2176-2183.