航空發動機到底難在哪？

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發表于 2023-5-20 14:34:01 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

航空發動機是一種高度復雜和精密的熱力機械，為航空器提供飛行所需動力的發動機。作為飛機的心臟，被譽為"工業之花"，它直接影響飛機的性能、可靠性及經濟性，是一個國家科技、工業和國防實力的重要體現。目前，世界上能夠獨立研制高性能航空發動機的國家只有美國、俄羅斯、英國、法國等少數幾個國家，技術門檻很高。

航空發動機主要包括渦輪風扇發動機、渦輪噴氣發動機等，其主要的結構部件有進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪以及尾噴管等。而這其中最重要的結構是壓氣機、燃燒室和渦輪，這三個結構部件組成了發動機的核心機。噴氣式發動機主要的功率輸出流程都是在核心機中實現。

一臺航空發動機從紙面的設計數據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，再到進行技術驗證的工程研制階段，之后才能設計定型，最終生產定型、投入批量生產。

航空發動機研制周期過程和主要任務

現代航空噴氣發動機和四沖程內燃機的工作原理相似。四沖程內燃機有進氣、壓縮、燃燒、排氣四個工作階段，通過活塞往復運動實現。對于航空噴氣發動機，這四個工作階段仍然存在，只不過往復運動的活塞和氣缸，被換成了一組同軸葉片構成的轉子系統，往復運動被看似更簡單的旋轉運動取代。

發動機產生動力：即通過進氣道實現進氣、再用壓氣機高速旋轉對空氣進行加壓；將增壓后的空氣送進環形燃燒室，與燃油混合點火，以此來推動渦輪高速轉動；最后把能量傳遞給壓氣機，同時向后經噴管排出，產生強大的向前推力。簡而言之，航空發動機是為飛行器提供動力的熱力機械，需要在高溫、高壓、高速旋轉的條件下工作。

研制航空發動機難在哪里？

首先是發動機的耐高溫問題。大飛機航空發動機采用的是燃氣渦輪發動機，根據熱力學原理，渦輪燃氣溫度越高，流過發動機單位體積或重量的空氣產生的功就越多。也就是說，為了增大發動機的功率最好是不斷提高渦輪燃氣的溫度。然而，大多數金屬的熔點是1 500℃左右，也就是說，當發動機工作時，一旦溫度達到熔點，發動機很多部件就會熔化掉！因此，如何讓發動機部件耐得了高溫，是一個極大的難題。

其次是大風扇的制造問題。當今大飛機普遍采用渦輪風扇發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動機，其風扇直徑在3 m左右，比如美國GE為波音777研制的GE90的風扇直徑達到了3.142 m，葉片高度達1.22 m，如此巨大的風扇倘若采用質量重的金屬材料，即使做成空心葉片，強大的離心力也可以瞬間撕裂風扇。因此，如何讓大風扇葉片變輕并耐得了離心力，就成為一個必須攻克的難題。

]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。另外，航空發動機內部極為復雜精密，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。正因為航空發動機極難制造，所以至今能夠生產的國家屈指可數。也正是認識到航空發動機的高技術含量及其高附加值，航空發達國家歷來將其作為高度壟斷、嚴密封鎖的高科技尖端技術，其核心技術嚴禁向國外轉讓，并且在西方國家之間也不例外。

總的來說，航空發動機是知識密集、技術密集、資本密集產業，產業鏈很長，其發展不僅能夠促進本國科技進步，而且能都帶動大批相關產業的持續發展，其智力、技術和經濟的溢出效應是難以估量的。據日本業界的一項研究，在單位重量創造的價值比這一數值上，船舶為1，轎車為9，計算機為300，支線飛機是800，而航空發動機高達1400，被稱為世界工業產品“王冠上的明珠”。

航空發動機這顆“中國心”的研發戰略，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動機，盡快走向市場；然后，再裝中國自己研制的航空發動機，一先一后，彼此承接，不可分割。“三步趕超”，指的是中國航空發動機的自主研發進程可以比喻成三個境界，也就是從“填空補缺”到“望其項背”，最終確保和發達國家“并駕齊驅”。