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当前位置:苍龙信息门户网 军事国产航空发动机无法突破,主要原因在材料限制?今天终于有了答案
2019-10-29 13:40:26

目前,中国在航空领域取得了显著成就,甚至成为继美国之后第二个拥有五代飞机的航空大国。然而,即使歼-20安装数量很少,困扰中国航天工业多年的发动机板仍未得到实质性解决。以歼-20为例,它仍然配备了俄罗斯改进的al-31f发动机。在此之前,许多人认为,国内航空发动机研发企业未能实现关键突破的主要原因是受材料的限制。事实上,业内专业人士指出,随着近年来国防和军事工业科技的不断发展,材料因素不再是关键问题,真正制约国内航空发动机性能水平的仍然是通常的设计思维。

谈到航空发动机的性能水平,使用寿命和稳定性是非常关键的评价标准。一般来说,美国、俄罗斯和欧洲国家生产的一流航空发动机的使用寿命一般比国内航空发动机长,故障率不高。我国航空发动机寿命短、故障率高,很大程度上是由于轴承过载造成的。因为从物理学的角度来看,航空发动机的内部运行遵循共振规律。即使对于材料性能优异的材料,如果设计结构存在问题,尤其是高强度共振造成的磨损无法避免,关键轴承也无法承受巨大的压力和断裂,从而导致发动机撞击。在全球范围内,美国制造的大推力航空发动机的使用寿命一般超过6000小时,而国产涡扇-10发动机的使用寿命只能达到1500小时,差距高达三倍。可以说,航空发动机主轴滚动轴承可以称为“神经中枢”。除了承受极高的温度和高压环境外,还必须保持3000转/分的高速运行,因此必须采取有效的保护措施。

以美国为例。早在20世纪50年代,他们就精确计算了现代战斗机发动机主轴轴承的压力和高温数据范围。此外,美国宇航局,航空航天科学技术部,领导了关键发动机部件的研发项目。最终,美国花费了近20年的时间,投入了大量的人力、物力和财力,最终克服了这一关键技术难题,确立了其航空发动机研发第一大国的地位。其总体水平甚至比俄罗斯领先10年。除了20世纪80年代推出推重比为10的yf119和yf120强力发动机之外,推重比超过11、最大推力接近20吨的f135发动机长期占据世界第一台航空发动机的宝座,为f-22的出现奠定了基础。相比之下,中国在航空研发领域起步较晚,一度被西方国家阻挡,因此在许多关键技术领域落后。仅在航空发动机轴承领域,中国与欧美国家就有近30年的差距。直到最近,中国仍需要从瑞典和日本进口轴承用于高端制造(如高速铁路和航空)。虽然国产轴承正在逐步投入市场,但性能水平仍存在较大差距,这也导致国产航空发动机的生产规模没有得到很大提高。

当然,近年来,中国一直在加快国内大推力航空发动机的研发,并取得了很大的成绩。例如,最大推力为17吨、推重比为10的涡扇-15发动机是目前国内最先进的军用航空发动机。即使在推力性能方面,它也超过了早期型号的f119发动机。

然而,就使用寿命而言,f135发动机超过10,000小时的性能水平仍无与伦比,而涡扇-15发动机的设计寿命仍在向4,000小时迈进。然而,有消息来自中国航空工业沈阳发动机研究所,负责开发涡扇-15发动机的设计团队和一所大学联合成立了一个科研项目合作小组。其核心研究方向是解决国内航空发动机的“共振问题”。从目前的研究进展来看,涡扇-15发动机的使用寿命和性能水平有望进一步提高。然而,这种备受期待的国产航空发动机至少需要2025年左右才能真正批量生产,从而提高歼-20等国产战斗机的战斗力。(舍瓦)

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