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中國航空發動機究竟弱在哪?

http://www.chinareviewnews.com   2011-07-29 09:40:24  


 
  研製高性能航空發動機的四大難點

  研製高性能的航空發動機本身就是一項難度極大的系統工程。這種難度首先體現在,高性能的航空發動機要求通過不斷結構創新,才能達到先進的總體設計和高循環參數要求。

  在推重比10一級的發動機中,美國的F119-PW-100是唯一採用3611(三級風扇+六級壓氣機+單級高壓渦輪+單級低壓渦輪)總體設計的渦輪風扇發動機,而歐洲EJ200和法國M88的壓氣機都比F119-PW-100多了一級。它們在壓氣機葉片級數多於F119的情況下,增壓比和穩定裕度還低於F119的水平。

  以航空發動機的尾噴管為例,幾十年來尾噴管採用了大量先進的結構設計。已經從一種簡單的熱排氣收縮管道,演變成在現代飛機設計中一種可變幾何形狀和可實現多種任務的非常複雜的部件。新的任務包括控制推力大小、實現反推力、實現矢量推力、抑制噪聲和紅外輻射等。為了達到這些目的,必須在噴管冷卻、驅動和製造方面有所進展。

  其次,研製航空發動機難在,超過極限的參數要求最終都要落實到發展尖端的材料、製造工藝上。

  能在高溫、高壓和高速條件下穩定工作是現代航空渦輪發動機對渦輪性能提出的最基本要求。為了保證製造渦輪的材料能夠在高溫燃氣中可靠工作,渦輪通常都要採取複雜的冷卻手段,比如氣膜冷卻、衝擊冷卻和對流冷卻。這些冷卻手段都是通過空心渦輪內部釋放出來的冷空氣實現的。需要鑄造出空心的複雜氣動外形的渦輪葉片成為挑戰各國航空工業的大難題,這項技術被稱為“工業王冠上的寶石”。

  另外,現在單晶渦輪葉片在航空發動機領域逐漸普及使用。單晶葉片就是只有一個晶粒的鑄造葉片,整個葉片在內部晶體結構上沒有應力集中和容易斷裂的薄弱點。現在航空強國在開發更高冷卻水平的單晶葉片,預計冷卻效果可達400~500攝氏度。高性能水平的葉片集先進的材料、先進的成型工藝、先進的冷卻技術、先進的塗層於一體。

  F119採用的第三代單晶葉片和雙性能渦輪盤賦予了F119發動機極高的循環參數水平,極高的循環參數賦予F119發動機在性能提升的前提下,單位耗油率卻保持了較低的水平,為F-22戰鬥機能夠超音速巡航作出了不可磨滅的貢獻。
 


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