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航空发动机对我国为什么这么难?

发布时间:2019年05月14日 浏览量:121

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 航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠,是一个国家工业实力的集中体现。航发是典型的资金密集型和技术密集型产业,门槛相当高,具有独立研制先进航发的国家更是很少,就拿印度来说,印度研发卡佛里涡扇发动机花了25年,砸了33亿美元,设计指标一降再降,却始终拿不出成果。

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目前,世界上只有中国和美、英、法、俄等少数几个国家能自主研发航空发动机。每当中国在某个子系统的研发和制造方面取得进步,很多媒体和军迷就喜欢用“赶超”、“弯道超车”等等形容词,这种对祖国航空工业进步的期待可以理解,要想摘下“工业王冠上的明珠”却绝非易事。在先进军用、民用航空发动机领域,中国与美国、西欧和俄罗斯的技术差距可能还要用10年甚至20年衡量。

航空发动机研制涉及气动力学、传热学、材料力学、理论力学、流体力学、断裂力学、弹性力学等诸多学科,是牛顿力学时代所有力学的集大成,是所有科技成果的结晶。航空发动机是气动、燃烧、传热、控制、机械传动、结构、强度、材料等多种学科或专业综合优化的结果,也与计算机硬件能力、商用和专用设计软件、材料与工艺、测试与试验设备、数据采集与处理能力、科技管理水平等密切相关。

航空发动机包括难度极大的多个部件,各个部件在高温、高压、高转速的复杂环境下工作且相互影响很大,加之高性能、长寿命、高可靠、轻重量、隐身、经济性、安全性等要求和日益苛刻的环保性约束,已经成为一个逼近极限的综合性产品。

与航天火箭发动机相比,航空发动机并非一次性使用,要求在恶劣的使用条件下,能够重复、可靠使用,对耐久性具有苛刻的要求。航空发动机工作范围相当宽广且工作环境极其恶劣的高温、高压、高转速的热力机械装置。航空发动机内部的物理、化学现象非常复杂,目前仍然不能完全从理论上给予详细、准确的描述,只能依靠实际发动机试验进行验证。

而且先进航空发动机,不是有钱就能造出来的!它需要长时间的技术储备和积累,需要大量优秀、专业的设计人员不断的探索。以涡轮喷气发动机为例,它就是两端开口的圆筒,但在内部安装有十几级风扇、压气机、涡轮,以及传动轴、主燃烧室、加力燃烧室和喷管,数万个零部件。但就是这样一个直径约1米、长度4到5米的圆筒能够持续不断地产生上万公斤、相当于自身重量8到10倍的推力,这就是它的神奇之处。涡轮喷气发动机在全世界得到广泛应用,将人类带进喷气式飞行时代,对世界政治、经济、军事以及人类生活产生巨大变革。

航空发动机的零部件工作在高温、高压、高转速条件下,而且要有几千小时的工作寿命,达到很高的可靠性,这对设计、加工以及航空材料的要求非常高。美国《国家关键技术计划》中将航空发动机描述为“是一个技术精的领域,它需要国家充分保护并利用该领域的成果,需要长期数据和经验的积累,以及国家大量的投资……”

航空发动机技术十分复杂,即使在工业基础雄厚、科技实力领先的美国,研发一款先进航空发动机,也需要十几年甚至二十几年的时间,例如F-22战斗机的发动机,从1983年开始验证机研制,到2005年形成作战能力,研制周期长达22年。与典型的高科技产品航天火箭发动机相比,航空发动机结构更为复杂,部件工作负荷更为严酷,并且要求长寿命、多次重复使用。

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