航空制造业井喷发展 发动机仍属朝阳期(三)

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2017-06-01
【摘要】:航空发动机是指为航空器提供飞行所需动力的发动机。航空发动机是飞机的心脏,它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性,是飞机的核心部件。

 二、中国航空发动机行业发展现状

航空发动机是指为航空器提供飞行所需动力的发动机。航空发动机是飞机的心脏,它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性,是飞机的核心部件。航空发动机的研制对结构力学、材料学、气体动力学、工程热力学、转子动力学、流体力学、电子学、控制理论等学科都有极高要求,世界上具备独立研制航空发动机能力的国家只有美、俄、英、法、中等少数几个。独立研制发动机是一个国家成为航空强国的重要标志。

航空发动机可以分为活塞式和喷气式两大类。其中,活塞式是飞机或直升机最早采用的动力形式,到第二次世界大战结束时发展到巅峰状态。但是活塞式飞机不能超越音速,随着人们对飞机性能要求的不断提高,喷气式发动机产生了,这也为飞机突破“音障”提供了可能。目前主流的发动机是燃气涡轮发动机。

(一)中国航空发动机行业仍处朝阳期

由于基础工业和材料技术的落后,加上制度性的桎梏,中国的航空发动机行业发展相对落后,建立强大的航空工业同样也是确立大国地位的必然选择,2006年大型飞机项目列入《国家中长期科学和发展规划纲要》的重大专项,2007年国务院常务会议于批准了大型飞机研制重大科技专项正式立项,20011月按照国家战略决策中国航空工业也完成了历史性的重组整合,所有这一切都从国家战略上明确了中长期重点发展航空工业的方针,也充分体现了国家的意志和决心,航空工业的战略地位已经确立,作为航空工业的核心和最大的短板的航空发动机行业将借航空工业的东风,迎来其快速发展的朝阳期。
       
航空发动机,被誉为“工业之花”,是构成国家实力基础和军事战略的核心技术之一。发达国家在策略上对内优先发展,对外严密封锁。我国航空发动机研制任重道远,突破关键技术、走自主研制航空发动机之路是我国的必然选择。

从发达国家航空发动机产业发展历程看,航空发动机产业主要有以下特点:

1.航空发动机产业是保持大国地位的核心,是工业强国的象征。

美国政府一直严格控制航空发动机技术,不仅对我国保持封锁,甚至在某些核心技术上也对其欧洲盟友实行“禁运”。在未来 10 20 年,航空发动机产业仍然占据了美国国防科技战略的核心位置。同时,发达国家在人力资源方面实行看不见的封锁,不仅限制其他国家人员进入航空发动机核心研制领域,而且限制本国相关人才向国外转移,以此来保持产业实力。

 

2.航空发动机产业需要国家进行长期、稳定的扶持与投入。

航空工业是典型的高技术、高投资、高风险、高附加值和国际化的工业,而航空发动机更是如此,研制周期长、耗资巨大。根据国外经验,典型的发动机研制周期约为 8~14 年,整个发动机的使用寿命期约为 30 年。研制经费在历年增长,根据发动机型号大小、研制条件的不同,研制一台先进的大中型航空涡轮发动机,大致需要 15 亿~30 亿美元。美国长久以来一直通过国家长期、稳定的大力支持和投入,实施多项超前于具体型号的纯粹综合性技术研究性的中长期研究计划和短期专项研究计划,为发动机研制提供了充足的技术储备,降低了工程研制的技术风险,缩短了研制周期。正是因为这种长时间的巨额投入才保持了美国在航空发动机产业的领先地位。

3.航空发动机的技术门槛很高。

1)航空发动机设计之难

在航空式发动机中,最关键的压气机、燃烧室、涡轮组成发动机的核心机。涡轮驱动压气机以每秒上千转的转速高速旋转,进入发动机的空气在压气机中逐级增压,多级压气机的增压比可达 25 以上。增压后的空气进入发动机燃烧室,与燃油混合、燃烧。要保持燃油火焰在以100m/s以上高速流动的高压气流中稳定燃烧,同时要保护燃烧室火焰筒壁不被高温燃气烧蚀,光靠选择耐高温材料和耐热涂层还不够,还要通过燃烧室结构设计,采取冷却手段,降低燃烧室筒壁温度,保证燃烧室正常工作。
    
从燃烧室出来的高温、高压燃气流驱动涡轮叶片以每分钟数千转甚至上万转的转速运转,通常涡轮前温度要超过涡轮叶片材料的熔点。除此之外,航空发动机的外部运行环境极其严苛,要适应从地面高度到万米高空缺氧环境、从地面静止状态到每小时数千米的超音速状态和从沙漠干燥环境到热带潮湿环境。总之,航空发动机需要在高温、高寒、高速、高压、高转速、高负荷、缺氧、振动等极端恶劣环境下,到达数千小时的正常工作寿命,这就使得航空发动机的研制对结构力学、材料学、气体动力学、工程热力学、转子动力学、流体力学、电子学、控制理论等学科都有极高要求。下图为航空发动机复杂的内部结构:

 图1 国外某型号航空发动机内部结构示意图.jpg

       

      1 国外某型号航空发动机内部结构示意图

 

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