运20飞机柴油发动机哪家好核心材料是哪家研究哪家生产的?

中国航空发动机转包生产将以20%的速度增长
中研普华报道:
相关研究报告
  中国航空发动机转包生产业务起始于20世纪70年代,中国先后与美国波音、欧洲空客、加拿大庞巴迪、巴西航空工业公司等世界先进飞机制造公司以及美国通用电气公司、英国罗罗公司、美国普惠公司等发动机制造公司建立了工业合作关系,开展了广泛的航空零部件外贸转包生产,项目涉及机头、机翼、机身、尾段、舱门、发动机部件等多种产品。
  1、全球发动机转包生产现状
  GEAE、RR、P&W和SAFRAN等主要的发动机整机供应商控制着航空发动机的核心技术研发、总装集成、销售及客户服务等环节,这是短期内不可能改变的格局。但几大整机制造商为了降低成本,以便将更多资源投入新一代航空发动机的研发和生产,开始向技术相对成熟且生产成本低的地区转移部分零部件的产能。近年来航空发动机生产的国际化分工势头明显,航空发动机零部件转包市场不断扩大。据统计,每台航空发动机平均有三万个以上数量的零件,其中有70%以上数量的零部件依靠外部采购。
  国际航空发动机转包市场的参与者众多,按照产业链划分,单元体和核心部件供应商主要集中在欧洲和日本等工业发达国家;零部件供应商主要分布在韩国、中国、墨西哥等新兴市场国家。
  2、中航工业转包业务承接情况
  中航工业下属各发动机主机厂都积极参与零部件转包生产,目前已逐渐完成从简单件到复杂件,从单一零件到组件的逐渐升级,前瞻预计,2013年中航工业转包业务规模可能会在5-6亿美元之间。
  3、中国发动机转包业务前景
  在2012年航展期间,三大发动机公司公布了在华采购的数额,每年共计达8.5亿美元,普惠表示2015年其在中国的采购金额将比2011年翻倍。随着世界航空发动机零部件转包业务向中国转移,以及中国军民用航空产业的快速发展,航空发动机零部件行业面临巨大的市场机遇。
  前瞻产业研究院发布的《年中国航空零部件制造行业与投资预测分析报告》预计,年,中国航空发动机转包生产将以年平均20%的速度增长,2015年交付额将首次超过8亿美元。
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咨询QQ:918461中航获世界最先进航空发动机核心零件生产合同
中国航空报
资料图:斯奈克玛公司LEAP-1B发动机中国航空报讯:12月13日,在法国斯奈克玛公司LEAP系列发动机全球竞标项目中,中航工业西航与中航材共同赢得斯奈克玛公司LEAP-1B发动机两个级别的低压涡轮盘采购合同。这是这两家公司继8月份成功获得法国斯奈克玛公司LEAP-1A/1C发动机三个级别的低压涡轮盘采购合同及长期合作协议后,再次获得的新型发动机旋转件合同。本次竞标活动由西航副总经理叔伟和中航材副总经理秦红新带队,经过艰苦的谈判,最终与斯奈克玛公司签订了期限为2015年至2027年的长期采购协议,订单总金额预计超过3亿美元。LEAP发动机是未来航空运营市场中主流飞机的核心发动机,是以绿色环保、节能降耗为宗旨而研发的新一代发动机,将成为世界上最成功的民用航空发动机CFM56的替代机型,是未来30年的主流发动机之一。该系列发动机现有三种基本型号:LEAP-1A、1C和1B,分别配装于空客A320neo、中国商飞C919和美国波音737MAX飞机。此次竞标是今年8月份竞标的延续,西航和中航材共获得了LEAP-1A、1C和1B三个型号发动机共五个级别的低压涡轮全部对外分包份额长期采购协议,标志着西航进入LEAP发动机核心旋转件的制造领域。面对日益竞争激烈的国际航空制造业,西航充分发挥盘类零件的核心制造优势,积极对外开拓市场,并通过全价值链等精细化管理,苦练内功,努力降低成本。目前西航斯奈克玛项目交付率已连续7个月达到100%,预计全年累计交付CFM56、GE90、GP7200、CF6发动机低压涡轮盘及高压压气机盘3148件,交付额达到2750万美元。稳定的质量控制和有竞争力的价格优势,是西航在竞标中脱颖而出的关键。此次LEAP发动机项目的获得,将进一步提高西航新机种、新材料的制造水平,提升今后项目管理方面的软实力和核心竞争力,为西航外贸转包的可持续发展奠定良好基础。
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今天透露,承载着为大型客机装配“中国心”任务的中航工业商用飞机发动机有限责任公司日在上海正式注册成立。这标志着被誉为“皇冠上明珠”的发动机研制工作,在我国开始实质性起步。成立时间日注册地点上海总装基地上海董事长
中航商用飞机发动机有限责任公司注册资本为60亿元。公司主要从事民用飞机发动机及相关产品的设计、研制、生产、销售、维修、服务、技术开发和技术咨询等业务。
、科技委副主任说,我国有望用20年左右的时间,实现发动机的自主研制和生产。
成立中航商用飞机发动机有限责任公司,是中航工业与上海市政府按照党中央、国务院的要求,围绕国家大型飞机重大专项确定的主要目标,于2008年11月在珠海航展期间达成的协议。根据“框架协议”,双方将在上海共同投资组建商用航空发动机项目公司,以航空发动机研发中心和装试基地为先导,尽快建立研发、总装、试验、市场营销、客户服务、适航取证等研制体系。其中研发中心拟选址在上海紫竹地区,总装基地拟选址在上海临港重装备产业区。成立中航商用飞机发动机有限责任公司也是中航工业融入区域发展经济圈战略的重要举措之一。
按照注册成立的中航商用飞机发动机有限责任公司,注册资本60亿元,中航工业是第一大股东,占40%的股份,上海电气(集团)总公司和上海国盛(集团)有限公司各占15%的股份。至于其余30%的股份,中航商用飞机发动机有限责任公司董事长表示,正虚位以待面向全球择优选择合作伙伴。
在研制的过程中,发动机一直被认为是最重要、最艰难的部分,也是现在我国飞机技术、工艺水平和国外差距最大的地方,仅少数国家能够独立开发大飞机发动机,包括美国通用电气在内的几家欧美发动机生产商几乎垄断了全球民用飞机发动机市场。2006年1月,我国把大型客机(含发动机)项目确定为《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的16个重大专项之一。
2007年2月,温家宝总理主持召开的批准了大型飞机(含发动机)研制重大科技专项正式立项。并在《让中国的大飞机翱翔蓝天》的署名文章中表示,大型飞机的总体设计和总装一定要自己搞,发动机、机载设备和材料等,最终也要靠自主研制。
2008年11月,(以下简称“中航工业”)与上海市政府就建立中航商用飞机发动机有限责任公司达成。
日,国务院大型飞机重大专项领导小组第五次会议决定:由中国航空工业集团公司作为发动机责任主体。
日,中航工业商用飞机发动机有限责任公司今天在上海正式注册成立。
日 中航工业商用飞机发动机有限责任公司正式更名为中航工业商用航空发动机有限责任公司
位于上海市闵行区的中航工业商发LOGO民用飞机发动机技术要求非常高,因为军用飞机的发动机寿命只有几千个小时,而民用飞机发动机则要求在高速运转的状况下维持几万个飞行小时,所以中国要制造自己的民用飞机发动机可能需要10多年的努力。不过,一旦研制成功,无论是国家的战略意义还是市场的商业前景都是巨大的。
我国大涡扇发动机的需求、现状和差距进行了初步分析,简要介绍了我国军民用大涵道比涡扇发动机的总体方案,提出了发展我国军民用大涵道比涡扇发动机的主要关键技术,包括:总体、部件、系统、整机、仿真等17项设计关键技术,大型风扇叶片、中介机匣、大展弦比低压涡轮叶片等17项材料工艺关键技术,以及吞咽试验、包容试验、环境试验等8项试验关键技术,并分别从军民用、国际合作、材料工艺试验条件建设等方面,简要论述了关键技术解决途径与措施建议,即:以定型的核心机为基础,利用大涵道比涡扇发动机整机验证平台,匹配低压部件和系统,充分利用成熟技术,开展军用大涵道比涡扇发动机型号研制;以下一代先进民用大涵道比涡扇发动机为目标,突破主要关键技术,完成部件、系统、核心机和验证机的研制,在此基础上,完成民用大涵道比涡扇发动机原型机的研制和适航取证,并逐步形成民机动力产业;积极开展国际合作,尤其是对俄合作;加强材料工艺等基础条件建设。根据及特种大型飞机的使用要求,在已设计定型的核心机的基础上,利用航空推进技术验证计划构建的验证平台,对高压压气机叶片进行全三维改进设计,改善核心机性能;同时改进设计风扇/增压级,匹配设计低压涡轮,采用全权限数字电子控制系统,发展12000kgf推力级的涡扇发动机。该发动机主要技术指标与正在服役的相当,与现役俄制D-30KP发动机相比明显提高,在同等条件下,将使大型军用运输机航程增加10%以上,具有一定的先进性,可满足我国大型军用运输机对动力装置的需求。
民用大涵道比涡扇发动机总体方案
突破关键技术,提高自主研发能力。以14吨推力级的下一代先进民用为背景,通过预先研究和国际合作,完成部件、系统、核心机和验证机的设计、加工和试验,突破民用大涵道比涡扇发动机关键技术,基本具备自主研发能力。在验证机的基础上,根据市场和飞机需求,研制出具有自主知识产权和市场竞争力的大涵道比民用涡扇发动机,满足我国发展对动力的需求,进入市场,逐步形成产业。
主要技术指标:起飞推力14000kgf;巡航耗油率:不大于0.56kg/(kgf.h)(H=11km、M=0.8);噪声、有害物排放水平满足当时的适航标准;寿命、可靠性、可维护性等综合性能水平优于现役,与其后继机的水平相当。
主要设计关键技术
对于军民用大涡扇发动机而言,除环保、寿命和经济性等指标外,其他的主要设计技术是相同的,包括总体、部件、系统、整机、仿真等,因此将其关键技术合并研究,主要有:
(1)大涵道比发动机总体方案设计技术(含飞发一体化和经济性分析);
(2)民用发动机适航技术;
(3)大涵道比风扇/增压级设计技术;
(4)高效高级压比设计技术;
(5)低排放、长寿命设计技术;
(6)高性能长寿命高、低压涡轮设计技术;
(7)发动机短舱及设计技术;
(8)核心机设计技术;
(9)验证机设计技术;
(10)整机/部件综合数值;
(11)数控系统设计技术;
(12)低噪声设计技术;
(13)长寿命、高可靠性和设计技术;
(14)轴承和传动润滑系统设计技术;
(15)故障诊断和监控技术;
(16)涡轮技术;
(17)(APU)设计技术。
材料、工艺技术
军用主要采用现有成熟材料和工艺,但在部分(如大型风扇叶片、机匣等)的制造上仍有其特殊要求,需要进行攻关。民用大涵道比涡扇发动机由于技术指标要求更高,满足适航取证的要求也更多,需要采用更多的新材料和新工艺,才能达到设计要求。军民用大涡扇发动机研制中需要攻关的主要材料工艺项目包括:
(1)大型宽弦风扇空心叶片(或复合材料)制造技术;
(2)大型钛合金中介机匣铸造、焊接和制造技术;
(3)钛合金整体叶盘/制造及修复技术;
(4)复合材料包容环制造技术;
(5)风扇盘圆弧型加工技术;
(6)三维弯扭多联组合涡轮导向叶片精铸技术;
(7)带冠大展弦比低压涡轮叶片精铸技术;
(8)风扇转子和发动机本机平衡技术;
(9)风扇机匣涂层本机加工技术;
(10)耐600℃高温化与制造工艺;
(11)整体叶盘低成本制造技术;
(12)低成本机匣整体铸造技术;
(13)火焰筒浮动壁材料与制造技术;
(14)高压涡轮动叶及导叶用涂层及其涂覆工艺;
(15)耐1100℃单晶涡轮叶片低成本材料、铸造以及打孔工艺;
(16)耐1100℃涡轮导叶低成本材料、铸造以及打孔工艺;
(17)粉末轮盘制粉、锻造工艺以及。
试验、测试技术
与军用小涵道比涡扇发动机相比,除了因为尺寸、流量、推力的增加,而需要对现有试验设备和技术进行完善改进外,由于大涵道比涡扇发动机、尤其是民用大涵道比涡扇发动机,为了满足适航条例的要求,需要进行大量的特殊的适航试验,如吞咽试验、包容试验、环境试验等。因此,在加紧建设相关的缺门试验设备的同时,还需大涵道比涡扇发动机所需的特殊试验技术进行研究,并发展相应的试验方法和规范。主要包括:
(1)整机试验与调试技术;
(2)试车技术;
(3)发动机投鸟试验技术;
(4)发动机吞水、吞冰、吞砂试验技术;
(5)发动机侧风、逆风试验技术;
(6)场测量技术;
(7)风扇叶片包容试验技术;
(8)部件和整机寿命和可靠性试验技术。
关键技术解决途径与措施建议
尽快组织实施先进民用大涵道比涡扇发动机关键技术研究计划,利用10年左右时间,结合国际合作,通过部件/系统/核心机/验证机研制,突破和掌握关键技术,夯实技术基础,提高自主创新能力。然后,在验证机的基础上进一步研发出具有自主知识产权和当代水平的、取得进入市场的民用大涵道比涡扇发动机。
关键技术攻关和验证机研制
(1)发动机总体方案设计和部件设计、加工和试验。完成发动机总体方案设计和性能分析计算、整机/部件气动热力性能数值仿真分析、发动机方案草图设计和选材方案、各部件和系统的设计技术指标和参数要求;完成总体/部件/系统试验件设计和试验、部件强度寿命设计分析、选材和关键加工工艺设计、部件/数值仿真分析、设计和试验等。
(2)核心机和验证机的工程设计、加工和试验验证。完成核心机和验证机的工程设计和加工、核心机的地面模拟试验、验证机地面台架性能调整试验、300小时地面台架持久试验、高空台巡航状态性能模拟试验(H=11km,M=0.8)以及部分标准试验(如噪声、低污染排放等)。
4.2.2 原型机研制和适航取证
在第一阶段验证机高空台性能达标的基础上,针对我国发动机的具体要求,完成原型机的研制,取得、生产许可证和。
4.3 积极开展国际合作
我国行业与世界先进水平相比,差距仍然较大,尤其在技术方面,基础十分薄弱,缺乏技术储备,大量关键技术尚未突破和掌握,没有工程经验,材料、工艺差距更大,试验设备不配套,缺乏高水平的人才,短期内完全自行研发出先进大涵道比涡扇发动机有很大困难。为此,必须强化基础、自主创新,又要改革开放、借助外力,积极开展国际合作。
同时,也应看到,国际合作发展民用航空发动机已成为当今世界的一大潮流。为了筹措资金、技术互补、减少风险、扩大市场,即使实力超群的大国公司也在奉行合作开发的道路,表示了与我开展合作的意向。尽管仍然存在着多种矛盾和风险,但和平开放的国际环境毕竟为开展的国际合作提供了比较有利的条件。
多年的实践证明,与俄罗斯开展技术合作,能够学到大部分关键设计技术,这是与西方国家合作所做不到的,而且俄罗斯也已经表现出与我合作的强烈意愿,所以在开展关键技术研究和验证机研制中,重点要抓紧对俄合作的工作。同时,也通过各种方式加强与西方的已有合作,并不断探索新的合作途径,通过与西方的商业合作加快型号产品的开发,尽快进入国际市场。
4.4 加强材料、工艺、试验等基础条件建设
研制大型飞机及其发动机是党中央、国务院在新世纪作出的具有重大战略意义的决策。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和“十一五”规划纲要中,国家已经把大型飞机列为重大专项工程,而且要求最终配装具有自主知识产权的,包括军民用两型大型飞机发动机,这是必须实现的国家战略目标。
发动机是飞机的心脏,大涵道比涡扇发动机是自主研制大型飞机的关键,发动机技术不突破,就无法掌握大型飞机研制的主动权。而民用航空发动机又是产业的重要支柱(国外民用发动机产值已达总产值的80%),不发展民用大涵道比涡扇发动机,就没有独立、完整、强大的航空动力产业和。
据有关部门预测,我国未来20年,仅150座级就需要800架左右,加上其他用途的大型飞机,共需军民用大涡扇发动机约2750台,总价值达412亿美元,折合人民币3300亿元左右。用途广泛、市场巨大,经济、军事、社会效益显著,对国民经济发展、国防建设和科技进步具有重大推动作用和战略意义。
发展现状与差距
经过多年发展,我国在技术领域取得了一些成绩,在军用涡喷和小涵道比涡扇发动机方面已具有一定的研制生产能力,研制生产了数十个型号、6万多台各类航空发动机,装备了几十种军民用飞机,为空军装备建设和民用航空事业的发展作出了自己的贡献。在大型飞机使用的方面,对风扇/增压级、高压压气机等关键技术开展了初步研究,并在航空推进技术验证计划支持下,建立了以设计定型的核心机为基础的大涵道比涡扇发动机整机验证平台。但与国际先进水平相比差距仍然较大,技术基础相对薄弱,大量关键技术尚未突破和掌握,部分试验设备还存在缺门,工程设计和使用经验缺乏,自行独立研发还有较大困难。
有关材料、工艺是大涵道比涡扇发动机的关键技术之一,必须尽早安排计划,攻关研究,加以突破。大涵道比涡扇发动机的研制需要特殊的加工和试验手段,必须在现有基础上, 根据军民结合的原则,尽快进行补充和完善。如:野外试车台、环境试车台、2号高空舱、快速反应科研试制力量等。中航工业商发研发大楼
国产发动机的适航权中新社上海日电宗晨亮报道:中航商用飞机发动机有限公司总经理二十六日在此间表示,中国首款自主研制的大飞机发动机计划于二0一六年前完成试飞,并于二零二零年完成取证、投入商业运营。
新手上路我有疑问投诉建议参考资料 查看中航注资30亿元成立新航空发动机公司 将冲破航空发动机制造“瓶颈”
关键字:&中国航空发动机发动机航空中航集团
中航集团昨天宣布成立新的中航精密铸造科技有限公司,出资30亿元。新公司将整合黎明、南方、黎阳三家发动机公司的精密铸造业务,提升技术能力。这是中航工业对中国航空发动机产业的一次重大战略调整。观察者网军事评论员指出,相关资料指出,中国从研制成功涡扇-10发动机涡轮叶叶片计划采用的单晶合金,到能够产业化铸造生产叶片,用了12年时间。可见精密铸造技术对我国航空发动机产业的“瓶颈”效应有多严重,中航的这次动作将是突破“瓶颈”的重要努力。
《21世纪经济报道》报报道,4月15日,中航动力、中航资本发布公告称,为了破解我国航空发动机瓶颈,中航动力及子公司、中航资本子公司中航航空产业投资有限公司等8家单位将共同投资发起设立中航精密铸造科技有限公司,总出资额29.47亿元。
这是中航动力自去年完成发动机重大资产重组后,首都着手进行发动机资产专业化整合。
公告称,我国航空发动机精密铸造产品技术性能仍然存在较大差距,已经成为制约我国航空发动机向更高层次发展的瓶颈。为突破这一瓶颈,控股股东中国航空工业集团拟对下属中航动力、沈阳黎明、贵州黎阳、南方集团4家发动机主机制造企业的铸造相关业务进行整合,组件中航精密铸造科技有限公司。
中航精密将主要从事各类飞行器动力装置、第二动力装置、燃气轮机、直升机传动系统精密铸造产品的设计、研制、生产、维修、营销和售后服务等业务;从事航空发动机技术衍生精密铸造产品的研发销售等。
目前,中航动力增加了黎明、南方、黎阳动力三家拥有发动机整机业务的公司,产品范围从大型发动机扩展为大中小型发动机,从涡喷、涡扇发动机扩展到涡喷、涡扇、涡轴、涡浆、航模发动机,成为发动机整机龙头。然而由于各主机厂都有较为完整的配套体系,业务环节多有重叠。(据《21世纪经济报道》 记者:高江虹)
据悉,目前在航空发动机领域,精密铸造最重要的运用领域是发动机涡轮叶片。在航空发动机发展的初期,主要用变形高温合金制造涡轮叶片。随着铸造高温合金的发展和熔模铸造技术的进步,逐步实现了叶片的“以铸代锻”。世界上第一个铸造涡轮叶片是1943年用于J-33发动机的钴基铸造合金HS-21涡轮叶片。半个多世纪以来,铸造涡轮叶片的承温能力从40年代的750℃左右提高到90年代的1700℃左右,应该说,这一巨大成就是叶片合金、铸造工艺、叶片设计和加工以及表面涂层各方面共同发展所作出的共同贡献。
目前,我国航空部门在生产各类铸造涡轮叶片方面已有较成熟的经验,北京航空材料研究院、沈阳黎明发动机公司、西安航空发动机公司、南方动力公司、贵州黎阳发动机公司、哈尔滨东安发动机公司等单位均有生产这类叶片的实力。
我国定向凝固合金和叶片的研究起步于60年代 后期,迄今已研究成功定向合金10个牌号,单晶合金5个牌号,并分别用于各种先进航空发动机。其中北京航空材料研究院研制的DZ4合金用于大批生产某型号发动机的涡轮叶片和导向叶片,并投入航线使用。DZ125合金用于制造我国目前最先进的某在研型号发动机的高压涡轮叶片,该叶片有十分复杂的内冷通道,充分体现我国熔模铸造和定向凝固技术的水平。单晶合金DD3的力学性能与美国第一代单晶合金PWA1480相当,但其成分较简单,密度较小,且成本较低。北京航空材料研究院研制成功的DD6单晶合金,力学性能与美国第二代单晶合金PWA1484相当,已被选用作我国最先进的某预研型号发动机的高压涡轮叶片。
(上述内容摘自《航空制造技术》2002年发表的论文《航空铸造涡轮叶片合金和工艺 发展的回顾与展望》作者&北京航空材料研究院 研究员 &陈荣章)
不久前据《中国航空报》报道,经过一年多的刻苦攻关,近日,中航工业南方在航空发动机复杂型腔单晶叶片核心技术上获得重大进展,已通过装机前评审,一举突破某系列航空发动机无自主研制单晶叶片的被动局面。
观察者网军事评论员称,在上述引用资料中,2002年时提到的“尚在预研中的我国最新型发动机”应指涡扇-15(当时涡扇-10“太行”发动机已经处于型号研制阶段),而“我国目前最先进的某在研型号发动机”应该指的是涡扇-10“太行”。日前我国单晶叶片投入实用的新闻中所提到实际应用的发动机应该也是“太行”,换句话来说,从研制成功“太行”发动机所需要的合金,到实际成功制造出可以实用的叶片,我国用了至少12年时间。可见航空发动机叶片铸造技术的难度之高,也可从中窥见我国发动机在精密铸造领域所遇到的瓶颈之“窄”。这次中航工业在这一领域投入巨资,调整组织,可能对我国未来航空发动机发展具有重大意义。
来源:观察者网
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  装备某新型轰炸机的空军航空兵某师进行飞行训练准备(资料照片)。3月30日,中国空军飞机经巴士海峡赴西太平洋开展远海训练,当天返航,达成了既定的训练目的,圆满完成任务。
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  他们在小、中、大涵道比涡扇发动机的研发领域进行了多年的研究,积累的一定的工程经验和技术储备,并通过与国外科研单位的合作,在某些关键技术方面取得了实质性的突破。例如,在年之间,该所与彼尔姆公司联合研制了GF90大流量单级风扇第四级增压压气机,通过模型件试验验证,性能达到测试要求。为研制同类部件积累了丰富经验。
  根据公开资料显示,GF90的参数规格和CFM56-5系列相近,总空气流量为381.9千克/秒,涵道比为5.45,风扇内涵增压比2.73,设计转速5009转/分。GF90的基本参数与CFM56-5A相似,基本达到了世界同等先进水平。又如,从1999年开始,截至2003年,原中国航空工业第一、二集团与罗。罗德国公司(原英德合资宝马-罗。罗公司)开展了民用发动机高压压气机合作研制,
  成立了 “中德联合工程中心”,合作设计了 六级高压压气机。该机主题虽仍以分体结构为主,但第2、3级转子采用了比较先进的整体叶盘,成为结构设计中的一大亮点。从JTE01的技术参数来看,这台部件估计可直接应用于中小推力的发动机,如类似于如ARJ-21的CF34-10A发动机。但若采用同比例缩放方法。完全可以适用于大涡扇发动机。我国若能妥善整合这些与国外先进科研单位的合作成果。在我国取得成就的基础上。完全可以设计出中国版的CFM56-5A系列发动机。
  在进入“十五”之前,我国早已酝酿进军大飞机领域。并对大M扇进行了详细而深入的前期研究。“十五”期间。我国效仿被西方航空发动机强国把玩的得心应手的核心机计划。正式启动了我国航空发动机核心机计划---航空推进技术验证计划(APTD),开启了我国航空发动机产业的新篇章。在计划中,科研人员针对伊尔-76换发技改的未来需要,以成熟的“太行”发动机的核心机为基础。开展了“大涵道比涡扇发动机设计计划验证”和“多级低压涡轮设计技术验证”等相关课题的研究。进行了涵道比为3和5-6的两种发动机的总体方案与低压部件设计,并成功构建超大涵道比涡扇发动机的试验平台(验证性试车),取得了显著的成绩。
国产歼11B歼11BS重型歼击机配太行动力试飞
  通过上述的课题研究,我们可以发现,涵道比为3的发动机主要是定位于伊尔-76的换发技改方案。该方案基本保持与D-30KP-2发动机的外形不变。发动机吊舱也基本保持不变。基本相当。不过耗油率较于俄式发动机略有改善。该项目为了达到与D-30KP-2的互换,减少换发中的工作量及技术难点。发动机的空气流量。外形尺寸。安装结构与D-30KP-2基本相同,不需要对发动机进行较大规模的技改便可达成目标。由于核心机的选定。设计师将低压系统方面进行适应性的技术改进。采用两级风扇,保持相同的增压比。但在内涵道里增添了四级低压压气机(即增压级)。它们均由四级低压涡轮驱动。总压比应达到世界先进水平(30左右)。该方案较D-30KP-2性能有着一定的提升。且我国完全单握的核心知识产权,不会在关键技术方面受制于人。同时由于两者的核心机定位相差30年,起飞耗油率减少了约10%,巡航耗油率降低了5%。不过笔者认为该方案在我国的 前条并不十分明朗。该方案的“心脏”虽然先进,但受制于涵道比的偏低,耗油率偏高。不适合作为大飞机的终极配套动力。
  不过。该方案也不是一无是处。基于我国大量服役的轰6轰炸机及未来战略轰炸机的动力考量,我国完全可以用它来补充这方面的动力需求。当然,用它的先进技术对D-30KP-2的中国版WS-18进行技术改进也是可以的。若是该方案真能成功,那么我国目前大量以D-30KP-2为动力的 飞机则完全用得上自己的“心脏”不用再担心受制于人了。
  涵道比为5-6的项目则是完全遵循国际上大涡扇的发展潮流设计的。根据“太行”总设计师张恩和介绍,该项目的追赶对象为国际上大名鼎鼎的CFM56-5系列发动机。沈阳动力所按照核心机计划为基础,以派生、衍生为设计方法。进行该项目的总体性能设计。在成熟的核心机的基础上,重新设计了低压部件、风扇、增压级、低压涡轮和内外涵、尾喷管并进行了地面台架性能和部件匹配性试验试车。完成了全转速运转。发动机运行稳定,匹配性良好。进口直径扩展到1700毫米左右,海平面空气流量大于380千克/秒;起飞推力定位 在12000千克力(117.6千牛)的级别;涵道比〉5;巡航耗油率约为0.6千克/(千克力。时),比D-30KP-2大约降低15%,起飞油率约降低了30%。
  2007年。我国正式启动大飞机计划,随即大运配套动力也被列入专项重点工程,加快了大涡扇的研制步伐。日,型号总承(生产)任务落户西安航空发动机公司。根据大飞机的规划,我国将分别研制军用大飞机和民用大飞机。配套动力系统虽有军民用之分,不过军民用发动机之间的通用性较高,两者之间的差距不是太大。上海世博会上我国展出了商发模型(SF-A)。不过,根据推测,SF-A的真实身份应是大运飞机/验证机的全尺寸金属样机。随后,SF-A的首台原型机也 成功进行了地面试车。根称,SF-A也有相应的军用型号。按照验证机情况推测,推力范围大概定位在1千克力(117.6--137.2千牛)之间。这样的设计指标完全可以与俄罗斯当家花旦PS-90A-76D较长短。根据国际上大涡扇的发展历程可推测,SF-A的军用型号应已经解决了最难的核心机的问题,已进入细节完善阶段。倘若进展顺利,估计再有2-3年,就可以进入试飞阶段,2015年前后实现设 计定型的节点目标。这点正好切合我国大运设计定型的时间节点。
  数张配“太行”发动机歼-11B照片曝光。令人惊奇的是,除了这架装备“太行”发动机的歼-11B外,拍摄者在同一地点于不同时间从同一角度拍摄到一架配AL-31发动机的歼-11B,可清晰看到两款发动机外观差别。图为网友拍的配AL-31歼-11B(上)和配太行歼-11B(下)(鼎盛军事 威猛)
  “太行”核心机的先进之处
  结构设计
  作为采用衍生发展思路的SF-A军用型号,其核心机直接从“太行”核心机派生而来。这降低了研发风险,缩短了开发周期。只是对其局部进行适应性的改进。全新设计部件基本都集中在低压与风扇系统上。作为把CFM56-5作为追赶对象的该发动机,其整机也是由单机风扇(第四级增压压气机)+核心机+四级低压涡轮等单元体构成。
  军用型号之所以能在短时间内 取得重大技术突破。那是因为其采用了先进的核心机。类似于CFM56的核心机的“太行”核心机,既有军用发动机的精巧轻量又不失民用机型的先进高效,完全达到了世界先进水平。反观PS-90A的核心机。就逊色三分了。通过前文可知PS-90A的核心机是从D-30K核心机发展而来的。因当时整体科技水平的制约PS-90A的核心机不得不采用了大量前代发动机留下的成熟技术,所以显得相对落伍。比如:PS-90A的支承结构,复杂而笨重;PS-90A是同代大涡扇中唯一采用环管燃烧室的型号(该技术在30年前就已经逐步被 淘汰了);低压涡轮采用旧式的小开孔轮盘,转子连接方法继承了D-30K的设计,而当代大涡扇的低压涡轮普遍在盘心开设 大直径孔,此举不仅使轮盘应力比较均匀,而且改善了疲劳性,部件重量也轻了。反观我国的“太行”核心机虽有坊间流行其与CFM56有着理不清剪不断的“暧昧花边新闻”,但不得不承认“太行”核心机 的设计起点是高的。我国的航空发动机产 业长期以来都是东西合璧,特别是改革开放以来我国长期接触西方航空发动机,并被其科学的设计理念,先进的设计技术。严格的设计标准所吸引。并制定以西方标准为参照目标的新的设计标准,彻底撇开了苏俄那种粗放式的发展模式,采用类似西方的{精尖发展模式。因此,“太行”核心机的开发年代虽早于PS-90A,但前者的结构仍大幅度领先PS-90A。由此可见。我国在大涡扇领域的“起跑线”也具备了一定的优势及发展潜力。
  大量采用先进制造材料和先进的加工工艺
  从航空发动机产业的发展规律可知,每次发动机能取得代差这样的技术进步,一切都是建立在先进材料和加工工业的更新换代的基础上。因此,若想切实提高我 国航空发动机产业的实力,做好气动热力计算和新结构设计方案的同时,更重要是 依靠制造材料和先进加工工艺的进步。军用大涡扇主要采用现有的成熟技术。但部分关键零件(如钛合金风扇长叶片、复合材料包容机匣等)在制造上仍有特殊要求。需要进行攻关,多年来我国有很多当初设计指标相当华丽的发动机,最后均下马了,没有适合的制造材料是其中十分重要的一环。没有先进的制造材料差点让“太行”也是胎死腹中。当年,因技术不过关“太行”发动机被迫放弃了三代航空发动 机的标志性高温材料---单晶叶片和粉末冶金涡轮盘,迟迟不能定型。
图为歼11B、歼11BS、歼31鹘鹰战机同场停放、其中歼11B及BS战机全部装备太行动力。
  后来,我国 被迫引进俄罗斯的AL-31F系列发动机才缓解了新型战斗机的心脏病。基于材料和工艺限制。为使国产高性能发动机的顺利问世。相关部门集中力量对其展开了―次又一次的技术攻关。经过20多年的艰苦努力。我国在先进材料和加工工艺方面终于取得了突破性的发展。诸如第二代的镍基单晶合金DD406、损伤容限粉末局温合金FGH4096,其技术指标与国外军民用主 力机型(GE90、CFM56-5B、EJ200等)的材料相比丝毫不落下风。
  上述先进材料的研制成功。让我国的发动机产业终于实现了赶超式的跨越,带动我国的燃气轮机工业(DA-80的国产化工作定型)、航空发动机(“太行”核心机的定型成熟)进入了井喷式的发展时期. 并试制诸多样机并装机试验,初步实现了批量生产。最近我国造船工业大批量建造采用国产版DA-80燃气轮机为主动力的052D驱逐舰,以及空军大规模装备采用国产发动机的新型战机。就是我国在这 复合方面取得重大成就的重要证明。
  不过,一种新材料从研究出来到批量生产用于在役发动机,国外经验表明一般要经过长达15-20年的漫长时间。在这段时间内。设计部门根据试制样品在实际使用中的情况对材料性能进行不断优化。完善制造工艺,还要对新材料的机械特性应用及结构强度进行详细而周密的技术完善。笔者估计。我国的新材料部门已经完成新材料设计制造的关键技术研究,正进行技术上的完善工作。估计我国的大涡扇 不会采用一步到位的做法,而是采用我国 军工行业惯用的循序渐进的手法,可能会先采用低级别的材料,如粉末高温合金,以保证型号研制成功。然后,按照型号改进改型计划,分阶段引入新材料,以满足发动机的性能增长要求。
  采用合理的循环参数
  作为大飞机的标配动力。大涡扇自诞生时起就具有“三高一低”---高温、高压、高涵道比。低耗油率的典型特征,而有别于小涵道比涡轮喷气发动机的发动机。这典型的“三高一低”特征的优劣在很大程 度上决定着一款大涡扇性能的优劣。
  随着国产动力的逐渐成熟,军迷们看到越来越多的国产战机装备了太行动力。包括最新型的歼15S双座舰载机、歼11BS双座型战机、歼11B战斗机等等。图为双座歼15配装太行动力进行试飞。
  作为决定一款大涡扇是否先进的标准之D,高涡轮前温度在很大程度上决定一款大飞机的推力范围的重要指标,最能反映发动机水平的技术含量。涡轮前温度越高。发动机的循环功率越大。单位推力就更强劲。此外。较高的涡轮前温度也能提高热效,改善燃油经济性。因此,涡轮前温度越高越好。但这一指标并不能随便地 提高。而是要充分考虑热端部件的耐高温强度。寿命和冷却技术等各方面的平衡选择。是综合考虑一款发动机的使用寿命、制造材料、加工工艺、制造成本、冷却技术等多种因素的平衡游戏。绝非只追求某一指标,否则会严重影响发动机的整体性能水平。这点在发动机研发史上有着无数次教训。例如我国大涡扇的近期追 赶目标---PS-90A系列发动机当年就因为追求大推力而不断调高涡轮前温度。最终导致使用寿命短的可怜。
  作为大飞机的配套动力,大涡扇不像战斗机发动机那样追求高推重比。其涡轮前温度一般都比战斗机发动机要低一点。这点对我国的大涡扇的性能至关重要“太行”核心机主要用于战斗机动力系统,其涡轮前温度水平达到了国际同等先进水平。极限值可达到1752K。这为大涡扇的性能提升提供了巨大的拓展空间。特别是 为发动机的裕度留下了很宽的包线,即标 准环境下起飞的涡轮前温度〉1500K,高原高温环境下,则提升到1650K,以满负荷运转模式。
  由于大涡扇的结构特点。进口风扇直径大、转速低导致低压段总压比不高,所以高压压气机才是构成总压比的关键因素。“太行”核心机采用9级高压压气机,轮前增压比可达到12这样的级别。不过这也远达不到世界先进水平。因此,设计师又利用新技术对其进行了适当的调整,如今应该可以达到国际上的基本水平,据此估算起飞总增压比能达到32左右。
  高涵道比(大涵道比)是决定大涡扇区别于小涵道比发动机的关键指标之一。随着发动机涵道比的扩大可降低排气速度,有效改善推进效率。因此,节油很大程度上都是靠涵道比的扩大而取得的。但涵道比也不是随便就可以调高的。受循环参数的制约,随着涵道比上升,可能导致风扇直径加大、涡轮转速降低、级数增加等不利影响。因此,我国的大涡扇为了保证型号的成功,应放弃那些性能华丽、难度也高得离谱的技术指标。走稳妥路线,不要盲目的追求高精尖的技术指标,而是采用国际上惯用的5-6这样的涵道比(当然,目前国外新研制的大涡扇的涵道比都已经达到了8甚至超过了10)。待技术成熟及我国航空工业整体技术水平实现代差的突破后,再进军更高级别大涡扇。我国设计师在平衡各方面的技术后,选择5-6这样的涵道比指标,再加上各方面的先进技术的采用,估计耗油率应该达到PSA-76的水平。
  资料图:对于向来强调独立自主的中国海军来说,长期依赖DA80是不可想象的,其国产化工程几乎同步展开,国产型号称作QC280。早在2010年,赴亚丁湾护航的052B型2号舰169舰就安装了一台QC280进行航行试验,取得了良好效果。QC280在可维护性及热带使用性能等方面均比DA80有较大提
  全权限数字式电子控制系统
  被誉为航空发动机“大脑”的控制 系统向来都是权衡一款发动机是否先进的重要指标之一。因此西方国家一直将其视为核心机密,对我国是严加封锁。不过, 我国经过十余年的艰苦攻关基本解决全部技术难题。2002年,有关部门将一架歼-8II验证机的左发动机上换上了FADEC进行试飞。总计完成了39架次飞行,完成100多项试验任务。虽然,这款FADEC是针对涡喷发动机研制的,但其取得我国自主FADEC的第一手宝贵资料,标志我国已初步掌握系统的关键技术,并为将来工程应用提供了技术储备。
  此后,两型加力式涡扇FADEC也相继问世。大、中推力涡扇型FADEC系统样机已于“十五”末进行了地面台架试验.2010年装上“太行”发动机进行了试飞。这套FADEC系 统是由江苏无锡动力控制系统研究所负责研制,总体指标已经达到了世界20世纪 90年代服役的第二代FADEC系统的水平,其电子控制器的通用性较好,可用于“太行”、“泰山”、AL-31F、RD-93等型号。不过,由于系统毕竟是发动机产业中的最顶尖的关键技术,虽然我国已经跨入这一领域,但仍存在诸多问题。不过,随着我国大飞机计划的启动,加大了这方面的投入,估计再需几年就会有质的突破。
  我的未来不是梦---展望未来大涡扇&&&
  通过上文分析,基于“太行”核心机衍生发展而来的大涡扇的推力完全符合当前我国在役大飞机及运20的动力需求。但是。目前运20只是我国解决大飞机的有无问题。并不是我国对大型运输机的终极追求对象。可以预见。随着我国综合国力的大幅提升,我国在运20定型之时。甚至尚未成熟之前。定会对未来大飞机进行前期预研,估计未来大飞机的技术指标定位在起飞总重在200吨以上,甚至可能接近C-17。当然,对运20的改进改型也将拉开序幕。由此可见。对发动机的推力增长提出了更高的要求。为了缩短新型号的研制周期。降低技术风险,我国设计师完全会采用核心机派生发展方法,以“太行”核心机为基础,采用核心机比例缩放、加减级数,来扩大核流量变化范围,使得系列化发动机的推力范围更加广泛。这也是国际上航空发动机强国发展发动机最成功、也是最简单的一条捷径。我国在大涡扇领域的发展当然也不例外。
  通过核心机计划的坚实推进,我国得到了 “太行”这款足以媲美国际同等水平的先进产品,为我国航空发动机产业的崛起找到了一条正确的道路。但也应看到“太行”核心机的技术指标较国际同类先进产品仍存在着巨大差距。撇开制造材料、加工工艺不谈,就是可靠性、耐久性、可维护性等这些最基本也是最根本的技术指 标就足够我国设计师头疼的。更重要的是因“太行”核心机技术定位过低,虽能在战斗机动力领域成就了一番天地。但在大涡扇方面只能算得上是敲门砖而已。以“太行”核心机发展而来的大涡扇只能满足目前我国运20的短期需求,而对未来新型大飞机则完全是力不从心。
  日,有网友发布自己拍摄到的中国试飞院一架伊尔76试飞的最新画面,该机左翼内侧安装了一台新型大涵道比涡扇发动机,机身在夕阳中闪着金光,构成一幅美丽的景象。(特别鸣谢 @机外停车Rabbit供图)
  造成“太行”核心机在大涡扇领域不能走得更远的原因,是其本体仅定位在小推型发动机。存在着核心机流量尺寸的约束,不能过大地扩展推力范围的包线。根 据我国公开的核心机计划可知,“太行”核心机的换算流量为25千克/秒,结构 紧凑,重量轻,更有利于向小推型系列发 动机发展。而向大推力系列发展则犹如爬 坡,难度呈几何级数增加。反观我国近期 大涡扇追赶对象PS-90A-76发动机的换算流量则接近50千克/秒。尺寸大、循环功率高,有利于向更大推力级派生。
  这表明,这两款发动机虽然同处一代,且装机对象也十分相近。设计技术也基本同代。但因核心机的初始定位的差异,造成两者向更高推力级别发展的潜力却存在着较大差别。因此,我国未来若想在大涡扇领域追赶上西方的先进水平。必须研制更高水平的核心机。起点定位也必须较“太行”核心机有着质的提升才有可能追上世界 同等先进水平。
  虽然“太行”核心机向更大推力级衍生存在着基础定位问题。但也并不是一无是处。如果我国设计师利用好“太行”核心机。采用部件缩放技术派生改型,仍会有开创出一番天地的。部件缩放技术是航空发动机强国发展航空发动机的一条比较行之有效的技术途径。此方法保持核心机的气动参数基本不变,主要改变它的几何 尺寸。使得进口流量变化范围加大,如此便可在“太行”核心机的基础上开发出20000千克力(196千牛)左右的大涡扇。
  这条捷径被苏俄的索洛维耶夫设计局把玩得炉火纯青。
  索局利用缩放部件方法,通过比例缩放。加减级数、气动优化等措施。成功研制出系列化的高压压气机。PS-90A的13级高压压气机就是直接从D-30基础衍化而来的。我国若也采用此法。利用“太行”核心机为基础,通过部件比例缩放、加减级数,优化气动,完全可以将其推力级别提高到15000千克力(147千牛)的水平。当然。若是在某一部件上采用特殊方法。推力则有可能提升到20000千克力(196千牛)的水平,只是其他性能会有所牺牲。
  缩放部件比例虽是航空发动机派生发展的一条捷径。但基本以前某一成熟型号为基础,可降低技术风险,缩短研制周期,但也继承了前一代的技术痕迹。不能在起跑线上站在世界最前沿。因此,若想真正跻身世界先进行列,就必须紧跟世界潮流,立足自我。统筹协调好整个航空发动机产业。才能达成目标。我国当前在研的新型涡扇发动机基本进入技术定型阶段。再有时日定可成熟问世。而在研的高推比核心机也为未来战略运输机和宽体客机提供匹配的动力装置。为国人留下更为宽泛的想象空间。如果我国好好利用高推比核心机,采用缩放比例方法。衍生发展出2千克力(196-294千牛)电级别的发动机也不是梦想了。
  综上所述,我国的大涡扇事业随着大飞机计划的启动也进入了快车道发展阶段。WS18的仿制成功则为我国目前的伊尔-76提供了充实的动力储备。同时也为轰6轰炸机的换发提供了最为理想的选择目标;基本定型的国产发动机虽然没能赶上运20的首飞,但为未来“纯血统”的优化开出了最有效的“药方”,也为运20的升级版留下了令人想象的空间;而不时传出好消息的在研高推比核心机则为我国大飞机屹立世界强手之林奠定了最坚实的基础。(作者署名:航空世界 文/火心2000)
  随着中国轰-6型轰炸机的最新改进型号轰-6K型加入解放军部队并开始批量列装,该新型轰炸机的曝光度也不断提升。近日,网络上又出现了数张轰-6K型轰炸机的飞行猛图,轰-6K轰炸机在一展磅礴气势,不负“战神”美誉。
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