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航空發(fā)動機是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機械,,為航空器提供飛行所需動力的發(fā)動機,。作為飛機的心臟,,被譽為"工業(yè)之花",,它直接影響飛機的性能、可靠性及經(jīng)濟性,,是一個國家科技,、工業(yè)和國防實力的重要體現(xiàn),。目前,世界上能夠獨立研制高性能航空發(fā)動機的國家只有美國,、俄羅斯,、英國、法國等少數(shù)幾個國家,,技術(shù)門檻很高。( G5 S# R1 e% I
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航空發(fā)動機主要包括渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,、渦輪噴氣發(fā)動機等,,其主要的結(jié)構(gòu)部件有進氣道、壓氣機,、燃燒室,、渦輪以及尾噴管等。而這其中最重要的結(jié)構(gòu)是壓氣機,、燃燒室和渦輪,,這三個結(jié)構(gòu)部件組成了發(fā)動機的核心機。噴氣式發(fā)動機主要的功率輸出流程都是在核心機中實現(xiàn),。( q9 m" H/ d9 O
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一臺航空發(fā)動機從紙面的設(shè)計數(shù)據(jù)到最終裝機服役需要一個漫長的研制過程,。這其中包括了最初的論證到方案,再到進行技術(shù)驗證的工程研制階段,,之后才能設(shè)計定型,,最終生產(chǎn)定型、投入批量生產(chǎn),。
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航空發(fā)動機研制周期過程和主要任務(wù) : a6 {+ ]3 w' L! [
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現(xiàn)代航空噴氣發(fā)動機和四沖程內(nèi)燃機的工作原理相似,。四沖程內(nèi)燃機有進氣、壓縮,、燃燒,、排氣四個工作階段,通過活塞往復(fù)運動實現(xiàn),。對于航空噴氣發(fā)動機,,這四個工作階段仍然存在,只不過往復(fù)運動的活塞和氣缸,,被換成了一組同軸葉片構(gòu)成的轉(zhuǎn)子系統(tǒng),,往復(fù)運動被看似更簡單的旋轉(zhuǎn)運動取代。
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發(fā)動機產(chǎn)生動力:即通過進氣道實現(xiàn)進氣,、再用壓氣機高速旋轉(zhuǎn)對空氣進行加壓,;將增壓后的空氣送進環(huán)形燃燒室,與燃油混合點火,,以此來推動渦輪高速轉(zhuǎn)動,;最后把能量傳遞給壓氣機,,同時向后經(jīng)噴管排出,產(chǎn)生強大的向前推力,。簡而言之,,航空發(fā)動機是為飛行器提供動力的熱力機械,需要在高溫,、高壓,、高速旋轉(zhuǎn)的條件下工作。( x/ r y- u# a( R4 C' h$ y# E$ V7 X3 D
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研制航空發(fā)動機難在哪里,?% i* I" ^- f2 y" _3 W
* x3 F+ e* m# C4 r8 o; b; H6 [* O! k首先是發(fā)動機的耐高溫問題,。大飛機航空發(fā)動機采用的是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機,根據(jù)熱力學(xué)原理,,渦輪燃?xì)鉁囟仍礁�,,流過發(fā)動機單位體積或重量的空氣產(chǎn)生的功就越多。也就是說,,為了增大發(fā)動機的功率最好是不斷提高渦輪燃?xì)獾臏囟�,。然而,大多�?shù)金屬的熔點是1 500℃左右,,也就是說,,當(dāng)發(fā)動機工作時,一旦溫度達(dá)到熔點,,發(fā)動機很多部件就會熔化掉,!因此,如何讓發(fā)動機部件耐得了高溫,,是一個極大的難題,。
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: |; W3 v* Y& z; O) J其次是大風(fēng)扇的制造問題。當(dāng)今大飛機普遍采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機作為其動力來源,。如果說渦輪的重點是要解決耐高溫的問題,,那么風(fēng)扇的問題重點是要解決離心力和重量的問題。適用于大飛機的航空發(fā)動機,,其風(fēng)扇直徑在3 m左右,,比如美國GE為波音777研制的GE90的風(fēng)扇直徑達(dá)到了3.142 m,葉片高度達(dá)1.22 m,,如此巨大的風(fēng)扇倘若采用質(zhì)量重的金屬材料,,即使做成空心葉片,強大的離心力也可以瞬間撕裂風(fēng)扇,。因此,,如何讓大風(fēng)扇葉片變輕并耐得了離心力,就成為一個必須攻克的難題,。" { }3 Z* f7 O1 v/ ]
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]最后,,是材料與制造工藝問題,。不管是熱端的渦輪、燃燒室也好,,冷端的風(fēng)扇大葉片也好,,其特殊的材料與制造工藝的研制都必須過關(guān)。另外,,航空發(fā)動機內(nèi)部極為復(fù)雜精密,,對制造裝配的要求是“零差錯”,如何提升制造裝配工藝水平也是一項難度極高的挑戰(zhàn),。正因為航空發(fā)動機極難制造,,所以至今能夠生產(chǎn)的國家屈指可數(shù)。也正是認(rèn)識到航空發(fā)動機的高技術(shù)含量及其高附加值,,航空發(fā)達(dá)國家歷來將其作為高度壟斷、嚴(yán)密封鎖的高科技尖端技術(shù),,其核心技術(shù)嚴(yán)禁向國外轉(zhuǎn)讓,,并且在西方國家之間也不例外。
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總的來說,,航空發(fā)動機是知識密集,、技術(shù)密集 、資本密集產(chǎn)業(yè),,產(chǎn)業(yè)鏈很長,,其發(fā)展不僅能夠促進本國科技進步,而且能都帶動大批相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展,,其智力,、技術(shù)和經(jīng)濟的溢出效應(yīng)是難以估量的。據(jù)日本業(yè)界的一項研究,,在單位重量創(chuàng)造的價值比這一數(shù)值上,,船舶為1,轎車為9,,計算機為300,,支線飛機是800,而航空發(fā)動機高達(dá)1400,,被稱為世界工業(yè)產(chǎn)品“王冠上的明珠”,。
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航空發(fā)動機這顆“中國心”的研發(fā)戰(zhàn)略,可以用“兩步跟進”,、“三步趕超”來描述:“兩步跟進”,,就是C919大飛機先裝上外國發(fā)動機,盡快走向市場,;然后,,再裝中國自己研制的航空發(fā)動機,,一先一后,彼此承接,,不可分割,。“三步趕超”,,指的是中國航空發(fā)動機的自主研發(fā)進程可以比喻成三個境界,,也就是從“填空補缺”到“望其項背”,最終確保和發(fā)達(dá)國家“并駕齊驅(qū)”,。
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