航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展對(duì)制造技術(shù)的需求

中航工業(yè)北京航空制造工程研究所 郭德倫 韓 野 張 媛

航空發(fā)動(dòng)機(jī)按用途分為軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)和民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)。軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)是決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的重要因素，并對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展有著巨大的帶動(dòng)和促進(jìn)作用，其發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力、工業(yè)基礎(chǔ)和科技水平的集中體現(xiàn)，是國(guó)家安全的重要戰(zhàn)略保障。航空發(fā)達(dá)國(guó)家始終將航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)列入國(guó)家高科技戰(zhàn)略性領(lǐng)域。美國(guó)長(zhǎng)期將推進(jìn)技術(shù)列入國(guó)家五大關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃，優(yōu)先予以安排。美國(guó)國(guó)防部在其發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告《2020聯(lián)合設(shè)想》中，將噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等技術(shù)列為構(gòu)成美國(guó)未來(lái)軍事戰(zhàn)略基礎(chǔ)的九大優(yōu)勢(shì)技術(shù)，并將其排在第二位，放在比核武器更重要的位置。2010年5月，美國(guó)空軍在指導(dǎo)未來(lái)10年航空武器裝備發(fā)展的《技術(shù)地平線》報(bào)告中，又將“新一代高效渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)”列為重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。

民用大飛機(jī)是知識(shí)高度密集、綜合的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶，是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的集中體現(xiàn)。民用大飛機(jī)所采用的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)更被譽(yù)為制造業(yè)的“皇冠”，被航空強(qiáng)國(guó)作為嚴(yán)密封鎖的核心技術(shù)。大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品附加值遠(yuǎn)高于汽車、造船、電器等行業(yè)，不僅能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)利益，還成為外交手段中一個(gè)重要政治籌碼，還是衡量一個(gè)國(guó)家制造能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)于2006年公布了《民用航空技術(shù)未來(lái)10年發(fā)展規(guī)劃：未來(lái)的基礎(chǔ)》的報(bào)告，提出未來(lái)10年美國(guó)民用航空技術(shù)研究必須有助于達(dá)到4個(gè)高度優(yōu)先的目標(biāo)：即提高容量、提高安全性和可靠性、提高效率和性能、降低能耗和環(huán)境影響，這4個(gè)目標(biāo)都與航空發(fā)動(dòng)機(jī)有直接或密切的關(guān)系。

當(dāng)今世界上能獨(dú)立研制飛機(jī)、艦船、坦克的國(guó)家較多，能獨(dú)立研制核彈、火箭的國(guó)家也不少，但能獨(dú)立研制先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的只有美、俄、英、法和中國(guó)5個(gè)國(guó)家，但我國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平較低，與我國(guó)大國(guó)地位有著明顯的差距。

先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展在很大程度上取決于設(shè)計(jì)、材料、工藝和試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。在新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高中，工藝技術(shù)與材料的貢獻(xiàn)率為50%～70%，在發(fā)動(dòng)機(jī)減重的貢獻(xiàn)率中，工藝技術(shù)和材料的貢獻(xiàn)率占70%～80%，充分表明先進(jìn)工藝和材料技術(shù)是制約新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。先進(jìn)工藝技術(shù)貫穿在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)研制生產(chǎn)過(guò)程甚至全壽命周期，裝備是工藝技術(shù)的載體，只有掌握了先進(jìn)的工藝和裝備技術(shù)，才能滿足制造高性能、新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的成功與否也可作為我國(guó)是否實(shí)現(xiàn)了從“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)型的標(biāo)志之一，在我國(guó)政府發(fā)布的“中國(guó)制造2025”中的“十大重點(diǎn)領(lǐng)域”之一的航空航天裝備中占據(jù)著重要的地位。

國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的種類眾多，不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)之間的結(jié)構(gòu)和性能差距巨大。航空發(fā)動(dòng)機(jī)按照類型可以分為活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)以及渦輪/沖壓組合動(dòng)力等。其中，先進(jìn)軍用戰(zhàn)斗機(jī)使用的為小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)已發(fā)展至第四代，推重比已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)10；民用大飛機(jī)使用的為大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，目前最大推力已超過(guò)50000daN；大型軍用運(yùn)輸機(jī)采用的亦為大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大推力已超過(guò)30000daN，在安全性、可靠性使用壽命和環(huán)保特性方面也取得了巨大進(jìn)步；用于直升機(jī)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展至第四代；高性能無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)從早期的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展到渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，如美國(guó)“全球鷹”高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)選用AE3007H發(fā)動(dòng)機(jī)，最高飛行高度達(dá)到19km以上，滯空時(shí)間達(dá)到30多h，發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命達(dá)到10000h以上。此外，還有用于空天飛機(jī)的組合發(fā)動(dòng)機(jī)、用于部分支線飛機(jī)或特種飛機(jī)的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、用于運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)等多種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，也在性能上獲得了大幅的提高。

總體而言，目前軍用和民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)包括以下7點(diǎn)。

1 大推比

以盡量少的燃油使盡量輕的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更大的功率，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)一直追求的不斷發(fā)展的目標(biāo)，這就要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)盡量減輕重量、提高工作效率，并具有與大推力相適應(yīng)的強(qiáng)度，因此對(duì)大型整體結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、耐高溫結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)等提出了更高的要求。同時(shí)，促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，變循環(huán)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)就是新型軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的代表，而三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)等就是為滿足大推比、低油耗需求而開(kāi)發(fā)的新型民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的代表。

2 大空域、極限環(huán)境適應(yīng)性

現(xiàn)代新型的軍用飛機(jī)，如高超聲速飛行器、空天飛機(jī)等新型飛行器的出現(xiàn)，向航空發(fā)動(dòng)機(jī)提出了新的要求，需要航空發(fā)動(dòng)機(jī)在空氣環(huán)境更為惡劣、甚至于真空的情況下工作，同時(shí)還需要達(dá)到更高的推力。渦扇-沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等多種組合發(fā)動(dòng)機(jī)、高速渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、亞燃/超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等新型發(fā)動(dòng)機(jī)便成為了新興的熱點(diǎn)，而適應(yīng)于高溫、高速環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)使用的陶瓷基復(fù)合材料等新型耐高溫、輕質(zhì)材料和工藝技術(shù)也成為了發(fā)展的重點(diǎn)。

3 低污染

降低發(fā)動(dòng)機(jī)工作中NOx、COx等燃燒物的排放是現(xiàn)代民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)必須重視的環(huán)節(jié)，同時(shí)，還必須注意降低民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的振動(dòng)和噪音，這些與環(huán)保和乘坐舒適性相關(guān)的指標(biāo)不僅決定著該型發(fā)動(dòng)機(jī)能否通過(guò)適航性認(rèn)證，還在相當(dāng)大程度上影響著乘客的選擇性。為達(dá)到低污染的目標(biāo)，需要采用提高燃燒效率和工作效率，減少未充分燃燒氣體排放量，提高排放過(guò)濾，降低和減少振動(dòng)源等多種措施。

4 高安全性

高安全性是民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)最為關(guān)鍵的指標(biāo)，對(duì)乘客的安全有著決定性的影響，該指標(biāo)對(duì)于軍用發(fā)動(dòng)機(jī)同樣重要。這就要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)的各零部件具有在工作環(huán)境中保持穩(wěn)定工作的高可靠性，即使極個(gè)別零部件出現(xiàn)故障，也盡量能夠保證整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性，避免起火、爆炸、碎裂等極端現(xiàn)象的出現(xiàn)。高性能、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性的制造工藝、材料和結(jié)構(gòu)的使用，對(duì)于保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性有著重要的作用。

5 長(zhǎng)壽命

長(zhǎng)壽命是民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)降低成本、提高安全性、增加競(jìng)爭(zhēng)力的重要特點(diǎn)，但隨著先進(jìn)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)造價(jià)的不斷提升，軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)也越來(lái)越重視長(zhǎng)壽命的需求。在不影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能的前提下，延長(zhǎng)各零部件的使用壽命，減少全壽命周期中的更換次數(shù)，降低維修成本等是航空發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)壽命的具體表現(xiàn)，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)中各零部件在設(shè)計(jì)、選材和制造過(guò)程中，充分遵循結(jié)構(gòu)完整性制造和表面完整性制造等理念，尤其是需要將基于長(zhǎng)壽命原理的加工、裝配、維修等工藝技術(shù)置于特別關(guān)注的地位。

6 低運(yùn)營(yíng)成本

低運(yùn)營(yíng)成本主要指降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的使用成本、維修成本和采購(gòu)成本。使用成本的降低主要通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，降低燃油的單位消耗率等方法實(shí)現(xiàn)；維修成本的降低主要通過(guò)減少維修的時(shí)間，延長(zhǎng)零部件的使用壽命；采用可快速更換的零部件等方法實(shí)現(xiàn)；降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的采購(gòu)成本主要通過(guò)降低研制和生產(chǎn)成本，提高銷售量等方法實(shí)現(xiàn)。

7 自監(jiān)控自調(diào)節(jié)

隨著多工況傳感器和智能處理系統(tǒng)的不斷發(fā)展，先進(jìn)的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)正逐步向全工況遠(yuǎn)程監(jiān)控和自調(diào)節(jié)方向發(fā)展，即能通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心隨時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)中主要零部件的狀態(tài)和工作狀況，在發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)異常時(shí)，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程提醒或告知，由發(fā)動(dòng)機(jī)中智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行微調(diào)，并及時(shí)將狀況反饋至飛控系統(tǒng)，進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生重大事故的可能性。這就要求微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)達(dá)到更高的水平，以滿足微型傳感器等微系統(tǒng)的制造需求。

各國(guó)采用的針對(duì)性技術(shù)措施簡(jiǎn)述

為了持續(xù)提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，滿足各類軍用、民用飛行器不斷發(fā)展的需求，各航空強(qiáng)國(guó)采取了制定長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃、實(shí)施專項(xiàng)計(jì)劃、提高投入資金、提前開(kāi)展預(yù)研、加大政府財(cái)政扶植力度、促進(jìn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合等一系列政策性保障措施，用以增強(qiáng)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制能力，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平。

1 開(kāi)發(fā)新概念的航空發(fā)動(dòng)機(jī)

為了適應(yīng)軍用和民用發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛、復(fù)雜、特殊的需求，航空強(qiáng)國(guó)充分重視新型發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，大力加強(qiáng)新概念發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，為未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。全電發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、智能發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、骨架結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)、波轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、超微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)不斷涌現(xiàn)，新燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、新能源發(fā)動(dòng)機(jī)的研究也成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)未來(lái)發(fā)展的熱點(diǎn)。其中，自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)被視為下一代軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最有潛力的方案，是GE、普惠、羅羅等各大航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠商均在重點(diǎn)發(fā)展的新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)。為了進(jìn)一步提高民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，降低運(yùn)營(yíng)成本，開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)等新型大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展也極為迅速，將在未來(lái)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)上開(kāi)展激烈的競(jìng)爭(zhēng)。這些新型發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展在相當(dāng)大程度上依賴于制造技術(shù)的發(fā)展。

2 使用新型結(jié)構(gòu)和新型材料

為了達(dá)到降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重量、提高渦輪進(jìn)口溫度、延長(zhǎng)使用壽命、增強(qiáng)可維修性等目的，先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越多地使用了整體結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、耐高溫結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)，并逐步開(kāi)始采用高溫鈦合金、新型單晶高溫合金、金屬間化合物、陶瓷基復(fù)合材料等新型材料，在進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的同時(shí)，也對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)提出了更高的要求。

3 采用先進(jìn)的新型工藝技術(shù)和制造理念

基于新理念的制造模式和工藝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)提升、保障先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制和生產(chǎn)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。新型的制造模式和工藝技術(shù)主要包括4方面的內(nèi)容：

（1）以智能制造為代表的先進(jìn)制造模式帶動(dòng)了新的工藝革命。智能制造是指利用計(jì)算機(jī)模擬專家的分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策等智能活動(dòng)，并將這些智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)地融合起來(lái)，從而取代或延伸制造環(huán)境中專家的部分腦力勞動(dòng)，極大地提高生產(chǎn)效率的先進(jìn)制造模式。將智能制造模式應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的生產(chǎn)和裝配，將大幅提高生產(chǎn)效率、縮短反應(yīng)時(shí)間、減少人為誤差，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)下一代制造技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。

（2）以增材制造為代表的顛覆性制造技術(shù)改變了傳統(tǒng)工藝路線。增材制造技術(shù)是指基于數(shù)字模型將金屬、復(fù)合材料等材料堆積在特定的位置制成近凈零件的技術(shù)，也稱作3D打印技術(shù)，是一項(xiàng)新興的前沿技術(shù)。該技術(shù)改變了傳統(tǒng)的毛坯-加工-處理-裝配的工藝路線，能夠直接實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造，在保證零部件性能的同時(shí)，簡(jiǎn)化了工藝流程，提高了反應(yīng)速度，已在先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴等零件中使用，且其應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，必將成為先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)中的重要工藝。

（3）以基于結(jié)構(gòu)完整性制造為代表的新型制造理念深刻影響了傳統(tǒng)工藝方法。發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性是指關(guān)系到安全使用、使用費(fèi)用和功能的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)、損傷容限及安全壽命等發(fā)動(dòng)機(jī)所要求的結(jié)構(gòu)特性的總稱。結(jié)構(gòu)完整性概念貫穿于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的全過(guò)程，制造技術(shù)對(duì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性有著極為重要的作用。以結(jié)構(gòu)完整性研究為手段和方法，能夠加強(qiáng)制造技術(shù)與測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)的緊密結(jié)合，研究和建立發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程與結(jié)構(gòu)完整性之間的關(guān)系，促進(jìn)制造技術(shù)的改進(jìn)，達(dá)到加速提升制造技術(shù)的技術(shù)成熟度的目標(biāo)。

（4）以微納制造為代表的制造技術(shù)新發(fā)展拓寬了制造技術(shù)的應(yīng)用范圍。微納制造技術(shù)一般指微米、納米級(jí)（0.1～100nm）的材料、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量、控制和產(chǎn)品的研究、加工、制造以及應(yīng)用技術(shù)，可以認(rèn)為包含加工尺度和加工精度（可歸于精密加工或超精密加工的范疇）兩個(gè)方向的內(nèi)容。目前主要用于MEMS系統(tǒng)（微機(jī)電系統(tǒng)）、碳納米管材料、仿生結(jié)構(gòu)、傳感器等的制造。微納制造能夠?qū)崿F(xiàn)多種微精零部件、元器件、功能結(jié)構(gòu)的制造，對(duì)于未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步提高有著重要的作用。

先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)制造技術(shù)和裝備的需求

制造工藝和裝備是航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的核心，與航空武器裝備的研制和生產(chǎn)密切相關(guān)，決定著先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)能否變?yōu)槌晒Φ漠a(chǎn)品，還關(guān)系著航空武器裝備的研制與生產(chǎn)周期、質(zhì)量和成本等，是構(gòu)建航空強(qiáng)國(guó)的重要基礎(chǔ)。

1 數(shù)控加工技術(shù)

數(shù)控加工是切削加工與數(shù)控設(shè)備結(jié)合后形成的機(jī)械切削工藝，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中工作量最大，廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)金屬、非金屬和復(fù)合材料的加工中。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)高效率、高質(zhì)量、低成本的數(shù)控加工需求，重點(diǎn)發(fā)展難加工材料和復(fù)雜形狀零件的高效精密數(shù)控加工、自適應(yīng)加工、難加工金屬材料數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化及表面完整性研究、大型薄壁結(jié)構(gòu)數(shù)控加工變形控制等工藝技術(shù)研究；提高數(shù)控加工的效率、質(zhì)量和適用范圍，逐步實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的數(shù)字化、智能化。

2 先進(jìn)金屬成形技術(shù)

先進(jìn)金屬成形技術(shù)是指以超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)、多能源增材加工技術(shù)、旋壓技術(shù)等為代表的應(yīng)用于或?qū)?yīng)用于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)金屬、金屬間化合物、金屬基復(fù)合材料等結(jié)構(gòu)件成形的工藝技術(shù)，主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有標(biāo)志性的鈦合金空心風(fēng)扇葉片以及高溫合金機(jī)匣、金屬管路等結(jié)構(gòu)的成形。需重點(diǎn)開(kāi)展超塑成形/擴(kuò)散連接、噴丸成形、強(qiáng)力旋壓、熱成形、拉伸成形、管材成形等工藝技術(shù)的研究，不斷提升成型的精度和成形件的性能，并實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制備。

3 涂層制備技術(shù)

功能性涂層是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中部分重要零件保持良好運(yùn)行狀態(tài)的重要表面防護(hù)措施之一。航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用了大量的防護(hù)涂層，解決耐磨、隔熱、高溫抗氧化、封嚴(yán)及鈦合金阻燃等問(wèn)題，以提高零件性能和壽命，涂層的設(shè)計(jì)和制造就成為了關(guān)鍵。功能性涂層包括熱障涂層、可磨耗涂層、抗氧化涂層和耐蝕涂層等類型。目前需開(kāi)展離子注入與離子滲復(fù)合技術(shù)、復(fù)合熱源噴涂技術(shù)、高能束流微納加工技術(shù)、物理/化學(xué)氣相沉積技術(shù)、新型耐高溫長(zhǎng)壽命熱障涂層及新結(jié)構(gòu)熱障涂層制備技術(shù)、新型元素?fù)诫s及結(jié)構(gòu)復(fù)合防護(hù)涂層技術(shù)、納米復(fù)合涂層技術(shù)等工藝技術(shù)的研究和相關(guān)設(shè)備的開(kāi)發(fā)。

4 焊接技術(shù)

焊接技術(shù)作為一種永久性的連接手段，覆蓋了鋼鐵材料，鋁、銅、鈦等金屬材料和復(fù)合材料；焊接方法從傳統(tǒng)的電弧焊、釬焊，發(fā)展到先進(jìn)的激光、電子束等高能束流焊和摩擦焊等固相焊。焊接技術(shù)已成為集材料、機(jī)械、電子、力學(xué)、光學(xué)、信息、管理學(xué)等為一體，形成一種多學(xué)科交叉、技術(shù)密集的技術(shù)體系。航空發(fā)動(dòng)機(jī)焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來(lái)越多，已成為其發(fā)展所必須的、關(guān)鍵工藝技術(shù)。目前需重點(diǎn)發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化、整體化結(jié)構(gòu)制造工藝，包括整體葉盤、整體葉環(huán)、空心葉片、薄壁機(jī)匣、刷式封嚴(yán)等方面所需的電子束焊、激光焊、線性摩擦焊、TLP擴(kuò)散焊、釬焊等焊接工藝技術(shù)的研究和設(shè)備的開(kāi)發(fā)，同時(shí)加強(qiáng)金屬基和陶瓷基復(fù)合材料焊接、高性能金屬及非金屬等異種材料間的焊接、焊接結(jié)構(gòu)使用壽命評(píng)定等關(guān)鍵工藝技術(shù)研究和所需工藝設(shè)備開(kāi)發(fā)。

5 特種加工技術(shù)

特種加工技術(shù)用于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中主要包括高能束流加工，電加工，以及特種能源加工。其中高能束流加工和電加工應(yīng)用最為廣泛。如渦輪工作葉片等熱端部件上氣膜孔結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量影響著熱端部件的工作溫度、使用壽命，尤其是隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提升，需采用耐熱涂層才能保證渦輪葉片正常工作時(shí)，氣膜冷卻孔加工的難度和重要性也隨之提升。為解決渦輪工作葉片氣膜冷卻孔優(yōu)質(zhì)加工等難題，需開(kāi)展短脈沖激光制孔、高效優(yōu)質(zhì)自動(dòng)化電液束加工、高品質(zhì)電火花制孔等工藝技術(shù)的研究，并進(jìn)行相應(yīng)的工藝設(shè)備開(kāi)發(fā)。

對(duì)于廣泛應(yīng)用于難切削復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形的電加工技術(shù)，則需根據(jù)其加工應(yīng)力小、質(zhì)量好等特點(diǎn)，針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中整體葉盤、機(jī)匣、火焰筒等不同構(gòu)件的不同需求，開(kāi)展精密振動(dòng)電解加工、照相電解加工、精密電火花加工、電液束加工和復(fù)合電加工等工藝技術(shù)和裝備的研究。

6 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

為減輕重量和提高耐熱性，航空發(fā)動(dòng)機(jī)大量采用了復(fù)合材料構(gòu)件，包括樹(shù)脂基、金屬基和超高溫復(fù)合材料3類。

樹(shù)脂基復(fù)合材料是指以環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂等為基體的復(fù)合材料，工作溫度400℃以下，構(gòu)件制造時(shí)采用熱壓罐、纏繞成型、RTM等工藝技術(shù)。樹(shù)脂基復(fù)合材料是帽錐、包容環(huán)、外涵道等大型結(jié)構(gòu)件制備時(shí)選用的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，解決復(fù)雜形狀的大尺寸樹(shù)脂基復(fù)合材料構(gòu)件制備的工藝問(wèn)題，是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)的迫切需求。

金屬基復(fù)合材料工作溫度在700℃以下，應(yīng)用于壓氣機(jī)葉片、整體葉環(huán)等結(jié)構(gòu)，減重效果明顯（壓氣機(jī)葉環(huán)結(jié)構(gòu)可減重70%），是先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)選用材料的重要方向，需重點(diǎn)開(kāi)展碳化硅纖維增強(qiáng)體制備、鈦基或鈦鋁基與SiC增強(qiáng)體的復(fù)合、金屬基復(fù)材構(gòu)件熱等靜壓等制造技術(shù)研究和相應(yīng)的工藝設(shè)備研發(fā)。

超高溫復(fù)合材料目前包括增韌陶瓷基復(fù)合材料和抗氧化碳碳復(fù)合材料兩種。增韌陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用于推比15一級(jí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、火焰穩(wěn)定器、導(dǎo)向葉片、矢量噴管調(diào)節(jié)片等熱端靜止件，使用該材料時(shí)減重效果明顯、耐高溫性好（1650℃）、無(wú)需冷卻，需開(kāi)展SiC纖維預(yù)制件設(shè)計(jì)與制造、SiC基體致密化（化學(xué)氣相滲透法CVI）、SiC纖維與基體界面防護(hù)、復(fù)合材料表面防氧化涂層制備等關(guān)鍵技術(shù)研究?？寡趸?碳復(fù)合材料應(yīng)用于大推比航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室噴嘴、渦輪外環(huán)、加力燃燒室噴管等熱端部件，可承受1800℃～2000℃高溫。需開(kāi)展碳纖維預(yù)制件設(shè)計(jì)與制造、C/C復(fù)材表面防氧化涂層制備等技術(shù)研究和裝備研制等。

7 增材制造技術(shù)

以增材制造技術(shù)為代表的顛覆性制造技術(shù)，在概念驗(yàn)證階段就引起了全球的廣泛關(guān)注。增材制造技術(shù)被認(rèn)為是制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破。該技術(shù)具有縮短研制時(shí)間、實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式產(chǎn)品設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，歐美航空發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)展增材制造技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用研究。增材制造技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)未來(lái)潛在用途非常廣泛，冷熱端部件均可應(yīng)用，以激光、電子束和電弧為代表的增材制造技術(shù)將促使航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的模式、流程、供應(yīng)鏈等方面發(fā)生巨大變化。針對(duì)由鈦合金、高溫合金、超高強(qiáng)度鋼等航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高性能材料制成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，需開(kāi)展增材制造粉末和絲材的制備、構(gòu)件性能和精度控制、增材制造效率提升、電弧增材制造等技術(shù)研究，重點(diǎn)在控形控性、軌跡優(yōu)化、過(guò)程監(jiān)測(cè)和智能化工藝裝備的研發(fā)。

8 數(shù)字化制造技術(shù)

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造必須建立在數(shù)字化制造技術(shù)基礎(chǔ)上。數(shù)字化制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)與信息、管理技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，通過(guò)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)，綜合應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造、使用和服務(wù)的全壽命過(guò)程，并憑借企業(yè)資源計(jì)劃管理和質(zhì)量/可靠性管理等先進(jìn)管理工具，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)成本、質(zhì)量、同期和效益的最大化。需重點(diǎn)開(kāi)展制造與設(shè)計(jì)協(xié)同、制造數(shù)據(jù)集成管理、制造過(guò)程重組與流程管理、數(shù)字化工藝與工裝設(shè)計(jì)、車間數(shù)字化制造執(zhí)行控制、生產(chǎn)組織與供應(yīng)鏈管理、發(fā)動(dòng)機(jī)總裝與維修管理技術(shù)和制造系統(tǒng)集成等技術(shù)研究。

數(shù)字化制造的發(fā)展方向是智能制造。為與國(guó)外先進(jìn)水平并駕齊驅(qū)，需要大力推動(dòng)智能制造技術(shù)的發(fā)展，形成針對(duì)特點(diǎn)工序組合或發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的具有快速響應(yīng)和精確制造能力的智能制造生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過(guò)程的高層次管理和精細(xì)化控制，自主研發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)智能化設(shè)計(jì)支持工具，初步具備研制以數(shù)字化、智能化控制為特征的關(guān)鍵工藝設(shè)備及系統(tǒng)的能力，并應(yīng)用于新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過(guò)程。

9 發(fā)動(dòng)機(jī)裝配和調(diào)試技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配和調(diào)試是根據(jù)尺寸協(xié)調(diào)原則，采用裝配工具、工裝和設(shè)備等將發(fā)動(dòng)機(jī)零件或組件按照、技術(shù)要求進(jìn)行組合、連接形成更高一級(jí)的裝配件或發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)，并對(duì)裝配后的裝配件進(jìn)行相關(guān)性能調(diào)試的過(guò)程。發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配和調(diào)試技術(shù)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)各裝配件和整機(jī)使用性能的關(guān)鍵性技術(shù)。需重點(diǎn)開(kāi)展零組件的動(dòng)態(tài)測(cè)試與優(yōu)化、裝配精度控制及狀態(tài)監(jiān)測(cè)與裝備、裝配系統(tǒng)規(guī)劃與集成等涉及到面向裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝備研制、工藝、檢測(cè)與試驗(yàn)、管理等貫穿了發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)/制造過(guò)程的、工藝技術(shù)研究，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備、軟件等開(kāi)發(fā)。

10 航空發(fā)動(dòng)機(jī)修復(fù)技術(shù)

隨著信息、網(wǎng)絡(luò)和控制等技術(shù)的發(fā)展，工藝技術(shù)正從面向產(chǎn)品研制向面向產(chǎn)品全壽命服務(wù)延伸。修復(fù)技術(shù)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中重要的工藝技術(shù)，是融合了焊接、增材制造等多種工藝技術(shù)的綜合性工藝，根據(jù)需修復(fù)零部件所處的工作環(huán)境、損傷程度等，選定不同的修復(fù)方法。修復(fù)技術(shù)決定著發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件的使用壽命；修復(fù)后使用性能，以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命周期使用成本等。根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的迫切需求，需重點(diǎn)開(kāi)展針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的基于增材制造和基于焊接的修復(fù)技術(shù)研究，并開(kāi)展焊后形貌修整和性能測(cè)試與評(píng)估方面的研究。

展望

作為各類飛行器發(fā)展的前導(dǎo)與基礎(chǔ)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不斷提高，這對(duì)航空制造技術(shù)的需求也越來(lái)越高。同時(shí)，航空制造技術(shù)的進(jìn)步與變革也有力地推動(dòng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。根據(jù)目前國(guó)際航空制造技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，可以預(yù)見(jiàn)到以下先進(jìn)制造模式和制造技術(shù)將在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)揮重大作用。

（1）智能制造模式將成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的新里程碑。智能制造將大幅降低人為因素造成的不利影響，加快發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)、裝配、檢測(cè)和測(cè)試的進(jìn)程，對(duì)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和生產(chǎn)均有重要意義；

（2）顛覆性制造技術(shù)的應(yīng)用將引發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的重大變革。以增材制造、仿生制造為代表的顛覆性技術(shù)將為更多新結(jié)構(gòu)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用開(kāi)辟更為通暢的途徑，逐步實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化制造，并能進(jìn)一步縮短反應(yīng)時(shí)間；

（3）前沿制造技術(shù)將在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中廣泛應(yīng)用。以極限制造（含微納制造、超大尺寸制造等）、多能源多工藝復(fù)合制造為代表的前沿制造技術(shù)將在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中推廣應(yīng)用，解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)目前面臨的一些制造瓶頸，為新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)；

（4）基于結(jié)構(gòu)完整性等新理念的制造技術(shù)將進(jìn)一步提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。將結(jié)構(gòu)完整性等新型理念融入傳統(tǒng)工藝技術(shù)中，推動(dòng)工藝技術(shù)開(kāi)展針對(duì)性的改進(jìn)，將有助于提高產(chǎn)品的使用壽命和性能，將促進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步提高安全性、可靠性、長(zhǎng)壽命等性能。