大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)分析

李仁文

摘 要：大型飛機(jī)即總重量達(dá)到100 t以上的飛機(jī)，類型多樣，民用客機(jī)、民用大型運(yùn)輸機(jī)都屬于大型飛機(jī)的范疇，隨著技術(shù)水平的發(fā)展，大型飛機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟。在大型飛機(jī)的應(yīng)用過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是核心，直接關(guān)乎著飛機(jī)的運(yùn)行效率，大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造涉及多種技術(shù)，難度大，系統(tǒng)要求精度高。該文主要針對(duì)大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 關(guān)鍵技術(shù) 分析

中圖分類號(hào)：V235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（b）-0067-02

大型飛機(jī)指總重在150 t以上的大型運(yùn)載類飛機(jī)，通常包括軍民用大型運(yùn)輸機(jī)、150座以上的客戶以及其他特種飛機(jī)和部分中遠(yuǎn)程轟炸機(jī)?，F(xiàn)階段，大型飛機(jī)主要采用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力部件。大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)具備大涵道比、模塊化、推力大、重量輕的特點(diǎn)。中國由于技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，關(guān)于大型飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)突破，所以渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制主要集中在小涵道比，大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制與國外先進(jìn)水平存在較大的差距，該文重點(diǎn)分析大型飛機(jī)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能

大飛機(jī)就是起飛總量超過100 t的運(yùn)輸類飛機(jī)，有軍用與民用兩類，150座以上客機(jī)也屬于大飛機(jī)的一種類型。大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長、可靠性高、成本低廉，在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面，有著輕量化、零件整體化的特性，與軍用戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)有著不同之處。首先，大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠性高，為了滿足飛行安全要求，大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍應(yīng)用低渦輪前工作溫度以及大核心機(jī)尺寸。數(shù)據(jù)顯示，只要可以降低2%的油耗，即可降低1%的運(yùn)營成本，降低10%的維修費(fèi)用，可見，可靠性是降低飛機(jī)運(yùn)營成本的主要措施。其次，大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)還需要具備超長的壽命，截止到目前為止，最為先進(jìn)的大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命已經(jīng)達(dá)到了40 000 h。此外，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)可以具備良好的維修性能，目前普遍采用內(nèi)置檢查無線系統(tǒng)，在減少成本的同時(shí)延長了服役時(shí)間。對(duì)于大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，必須要重點(diǎn)關(guān)注用戶的維修費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用，關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性、使用性能與氣動(dòng)性能，盡可能減少發(fā)動(dòng)機(jī)的保存、采集以及使用費(fèi)用，這已經(jīng)成為國內(nèi)外的一種共識(shí)。

2 大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 風(fēng)扇單元體的重要部件關(guān)鍵技術(shù)

大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)與小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其外形尺寸、結(jié)構(gòu)形式具有很大的差別，其中風(fēng)扇單元體為典型之一。風(fēng)扇單元體中的重要部件為大型寬弦空心風(fēng)扇葉片和風(fēng)扇機(jī)匣包容環(huán)。

大型寬弦空心風(fēng)扇葉片關(guān)鍵技術(shù)：大型寬弦空心風(fēng)扇葉片目前所使用的主要材料為鈦合金，具有葉身長、葉弦寬、扭轉(zhuǎn)角大、空心、無凸臺(tái)等特點(diǎn)。目前大型寬弦空心風(fēng)扇葉片制造流程為將鈦合金毛坯切削加工成兩個(gè)半葉片，再利用真空擴(kuò)散工藝將其組合成整體葉片，在真空爐內(nèi)初步成型，最終通過超塑成形工藝成型。

風(fēng)扇機(jī)匣包容環(huán)制關(guān)鍵技術(shù)：風(fēng)扇機(jī)匣包容環(huán)指在機(jī)匣外纏繞的一種或多種復(fù)合材料環(huán)帶，其主要作用為防止斷裂的葉片對(duì)飛機(jī)造成傷害，其特點(diǎn)為重量輕、強(qiáng)度高、包容性好。因此在設(shè)計(jì)和制造時(shí)要盡量采用復(fù)合材料。例如GE90發(fā)動(dòng)機(jī)包容環(huán)使用凱夫拉編制材料，重量可降低50%。

2.2 壓氣機(jī)單元體的關(guān)鍵技術(shù)

壓氣機(jī)單元體主要構(gòu)件為葉片、整體葉盤和薄壁機(jī)匣三部分，其中壓氣機(jī)的葉片主要采用鈦合金或者是高溫合金制成。下文重點(diǎn)介紹整體葉盤和薄壁機(jī)匣制造的關(guān)鍵技術(shù)。

整體葉盤制造的關(guān)鍵技術(shù)：壓氣機(jī)整體葉盤指將葉片和輪盤集成為整體，該結(jié)構(gòu)能夠簡化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、減輕重量、降低零件數(shù)量同時(shí)還提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和可靠性。目前各大發(fā)動(dòng)機(jī)制造商采用以焊接技術(shù)為主導(dǎo)的整體葉盤技術(shù)和電加工技術(shù)。其中已經(jīng)成功應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)有線性摩擦焊接、電子束焊接以及熱鍛接技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)等。薄壁機(jī)匣制造的關(guān)鍵技術(shù)，該種技術(shù)普遍應(yīng)用高強(qiáng)阻燃鈦合金材料，該種材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工過程中很容易產(chǎn)生變形的問題，在現(xiàn)階段的制造水平來看，在加工時(shí)容易出現(xiàn)變形問題，一般情況下，可以先應(yīng)用電解技術(shù)，再應(yīng)用數(shù)控銑削技術(shù)，達(dá)到理想的效果。

2.3 燃燒室制造的關(guān)鍵技術(shù)

燃燒室的主要組成部件為浮動(dòng)壁燃燒室和霧化噴嘴，下面重點(diǎn)介紹這兩部分制造的關(guān)鍵技術(shù)。浮動(dòng)壁燃燒室制造的關(guān)鍵技術(shù)：浮動(dòng)壁燃燒室主要采用高溫合金為材料，其過程主要為將涂有復(fù)合材料涂層、層孔板結(jié)構(gòu)的浮動(dòng)瓦片連接到火焰筒筒體上。其中關(guān)鍵技術(shù)為復(fù)合材料的研制，通常使用碳化硅陶瓷基復(fù)合材料；沖擊氣膜冷卻技術(shù)，用于降低廢氣的排放量；電火花和激光技術(shù)，用于制造火焰筒上的氣膜孔；霧化噴嘴制造的關(guān)鍵技術(shù)：該種技術(shù)也是燃燒室在制造過程中不可獲取的重要技術(shù)，利用霧化噴嘴，可以促進(jìn)燃料的充分燃燒，提供燃料的燃燒率，霧化的效果會(huì)直接影響燃料能量，減少污染物排放量，是目前節(jié)能減排的一項(xiàng)重要舉措。在霧化噴嘴的應(yīng)用上，通常使用氣動(dòng)法，其中的關(guān)鍵就是噴油嘴精密加工，除此之外，微細(xì)電火花技術(shù)、微細(xì)電化學(xué)和聚焦等離子等加工技術(shù)也十分常見。

2.4 附件系統(tǒng)單元體的關(guān)鍵技術(shù)

附件系統(tǒng)單元體主要由傳動(dòng)齒輪和軸承，以及其對(duì)應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)所組成。

傳動(dòng)齒輪和軸承制造的關(guān)鍵技術(shù)：傳動(dòng)齒輪主要采用高強(qiáng)度鋼為材料，要求高強(qiáng)度、高耐磨性，其制造過程中主要涉及到的技術(shù)精密插齒技術(shù)、齒面耐磨涂層的研制技術(shù)。軸承通常采用特種合金鋼、陶瓷以及陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有特種加工和精密磨削技術(shù)、裝配和檢測(cè)技術(shù)等；密封結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)：密封結(jié)構(gòu)是附件系統(tǒng)單元體中重要組成部分，密封性能的好壞直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力實(shí)施效果。現(xiàn)今，密封結(jié)構(gòu)主要采用的形式包括篦齒封嚴(yán)、刷絲封嚴(yán)、指尖封嚴(yán)等。密封結(jié)構(gòu)制造所涉及到的技術(shù)主要與釬焊技術(shù)、裝配技術(shù)和涂層制備等技術(shù)密切關(guān)系。

3 結(jié)語

文中所分析的各部件的關(guān)鍵技術(shù)僅僅是大型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)研制技術(shù)中的一部分，從中可以看出除了新材料的應(yīng)用以外，大部分都與先進(jìn)制造和精密制造技術(shù)息息相關(guān)。中國在研制大型飛機(jī)的過程中，除了在新材料開發(fā)上下功夫以外，更多的應(yīng)該在基礎(chǔ)制造技術(shù)和工藝控制方面加大研究投入，同時(shí)再借鑒國外先進(jìn)成果，相信我國在未來一定能夠全面掌握大型飛機(jī)的研制技術(shù)。

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