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内幕:中国发动机落后的原因让国人很沉默 zt
送交者:  2015年05月23日02:22:40 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

内幕:中国发动机落后的原因让国人很沉默

(2015-05-19 15:29:22)

  中国的火箭都能到月亮了,国产民用大客机也开始发展了,四代战机也诞生了,为什么战斗机上的发动机一直不能国产化呢? 这个世界上能自行制造第三代战斗机的国家/地区有12个  能自行制造核武器的国家有9个(美俄中英法印巴以朝)

  能自行制造洲际弹道导弹的国家有5个(美俄中英法)

  能自行制造大推力军用涡扇发动机的国家有3个(美俄中)

  能自行制造大涵道大推力高性能民用涡扇发动机的国家则就只剩2个了(美英:GE 罗罗 普惠或者我打肿脸再撑死算你一个IAE) 

  大涵道比涡扇发动机

  可以很直观地看到 在这个残酷竞争的人类金字塔上 中国目前距离塔顶还真是有段距离的。

  工业之花-人类工业皇冠上的明珠:航发-涡扇航发-大涵道大推力高性能高可靠度涡扇航发。可也同时是我们目前怎么绕也绕不开的心脏病。 

  涡扇发动机结构示意图


  一、航发为什么这么难?

  想象一下,苏27的AL-31涡扇发动机最大加力推力是12.5吨,2台AL-31可推动苏27以超过2倍音速飞行。但AL-31的风扇直径不到900毫米,涡轮直径不到300毫米;基本物理学原理,力是相互作用的,也就是说这么小尺寸的风扇、涡轮反过来要时刻承受着12.5吨的力。

  形象一点说,大家应该都看过壮汉用喉咙顶着钢枪推动汽车的表演,涡扇发动机也大概如此,只是壮汉推汽车是慢慢挪动,而涡扇发动机要推动飞机以2倍音速飞行,各部件要承受住异常严酷的高温高压考验。

  另外,一台用于超音速战机的涡扇发动机直径一般仅1米左右、长度4米左右。以AL-31为例,这么小的一个圆筒状物体,要塞进4级风扇、9级压气机、2级涡轮、可收敛-扩张喷管、燃烧室、加力燃烧室,还要在之间安排冷却空气通道,周围安装燃油控制系统等。所以,设计、制造一台高性能的涡扇发动机,可谓"螺蛳壳里做道场",难度极大。

  在世界范围内,掌握一流水平涡扇发动机制造技术的仅有英国罗·罗、美国普惠和通用3家公司,俄法两国都属于二流,这是一个真正的垄断行业。

  专业一点地描述,涡扇发动机要达到更大推力、更低的油耗,首要的是提高增压比、提高热效率,涡轮前温度是衡量热效率的一个重要指标。

  

  令美帝骄傲的F119 F22标配动力。

  例如第三代苏27的AL-31发动机的涡轮前温度是1665K,而第四代F-22的F-119发动机将这个指标提高到了1977K;AL-31的涡轮前温度尚在普通钢材熔点之下,但F-119的已超出约200度。要在这样高的温度下正常工作,F-119的涡轮采用了第三代单晶空心叶片。  

  凯特王妃为罗罗公司发展的宽弦叶片宣传。

  具体什么是单晶空心叶片,在此很难展开描述,只能说一片面积仅几平方厘米的叶片具有大量自由曲面、复杂的内腔(用于进气冷却),还要控制合金晶体生产连续一致,这需要极高超的精密铸造工艺。俄罗斯、中国至今尚未或是刚展开单晶空心涡轮叶片的工业化制造。(不过我们在这方面有好消息:中国突破发动机单晶叶片核心技术打破垄断)

  而发动机要提高推力与自身重量之比,还要将压气机和涡轮造得更轻巧。压气机和涡轮的传统制造工艺是将叶片以榫头、榫槽锁紧的方式连接在叶盘上,但西方先进发动机已开始采用整体叶盘。即用电子束焊接等方法将单晶空心精铸叶片固定在叶盘上,重量可比传统工艺制造的降低30%。整体叶盘的制造工艺有10多种,但除了上述的美英3家航发巨头,其它国家也还未能应用于批量生产。

  涡扇发动机的风扇远离燃烧室,热负荷低,但它的气动效率也被继续精进。通用F-119和罗·罗瑞达900发动机的风扇都采用了宽弦叶片,其加工方法是将钛合金毛坯用切削方法加工成两半叶片,用真空扩散焊成一整体空心叶身,最后超塑成极为复杂的曲面。这又是一种全新的加工工艺。

  这么说,美军F-22A隐身战机所采用的F-119涡扇发动机为例,它的6级压气机、2级涡轮全部采用带空心单晶叶片的整体叶盘,3级风扇则全部采用宽弦叶片,所以它的推重比达到10,在迎风面积较小的情况下,最大加力推力超过15吨。所以,美军F-22A隐身战机能以1.7倍音速进行超音速巡航;而中俄的四代机歼20、T-50只能暂时采用第三代涡扇发动机,要等待第四代发动机研制成功,飞机才能真正完成研制。

  二、中国航发水平为何与世界一流水平差距这么大?

  我国军事工业以苏联技术援助起家,擅长逆向仿制,在过去解决了多个领域的"有无"问题,甚至有轻武器专家以"山寨之王"自居。对于很多一般装备,逆向仿制即便"不知其所以然",也至少做到"知其然"。

  但涡扇发动机这个"工业王冠",应用有各种新理论、新材料、新工艺,要做到"知其然"都难,可以说是无法简单复制的。甚至,在没有操作手册的情况下,要将涡扇发动机正确拆开都困难。  

内幕:中国发动机落后的原因让国人很沉默

  俄制AL-31F型涡扇发动机

  例如,我们非常熟悉的CFM-56,其使用在波音737、空客A320这些主流商业客机上,是世界上使用范围最广的涡轮风扇发动机之一,但是拆解CFM-56的难度仍然很大,几平方厘米的叶片上分布着许多小孔,这些孔隙的作用是散热的,小孔的位置设置极为讲究,是根据气路走向而定的……因此CFM-56的维护都是由专业公司来完成的。

  即便是能制造出各种类型的发动机构件,但是在装配上仍然需要技术、工艺支撑,同一生产线上制造出来的不同批次发动机都存在差别,推比相差甚至可以达到0.2。随着推比达15以上的发动机开始研制,各种新材料被大量应用,发动机结构也越来越复杂,对加工工艺要求也更高。你要仿制别人的新型发动机,所要花的时间可能比自己从零开始研发还要多,而且仿制产品的性能还很可能不及原型机。

  

  美第五代发动机的核心机已经问世了

  这方面我国是有惨痛教训的,例如"太行"涡扇发动机,其核心机就源于CFM-56,太行发动机在05年完成设计定型,但8年过去了仍然问题不断,只用在双发的歼11战斗机上。单发的歼10战斗机对发动机可靠性要求高,直到歼10B量产,歼10系列战机都只能采用俄制AL-31FN发动机。

  从科研体制来看,我国以前航空发动机的研发是跟随型号的,即要研制一款飞机,才会去研发一款配套的发动机;飞机如果下马了,发动机也就随之下马了。但美英等发达国家,发动机与飞机研发基本是分开的,发动机核心机的研发提前很多。例如,美国F-22战机所用的F-119发动机属于第四代发动机,但美国的核心机技术已发展到第六代,用于接替F-119的第五代发动机核心机也已制造出来。

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  我們偉大光榮正確,美帝邪惡霸道逞强。  /无内容 - 仁在糨糊神不有疾 05/24/15 (134)
  胡说八道,单晶叶片整体盘中俄都有  /无内容 - 古宇庙 05/23/15 (300)
    好像成品率低了一些 - gold bugs 05/23/15 (211)
      反了,中国发动机叶片大量出口,证明不存在成品率低的问题  /无内容 - 古宇庙 05/23/15 (155)
        问题就出在这里. - beastlyking 05/23/15 (664)
          井底之蛙  /无内容 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (147)
          民营私有化问题就可解决。航空发动机短板在轴承、数控(  /无内容 - ningshui 05/23/15 (172)
            私有教是一种信仰,信仰是不需要理由的  /无内容 - bookmarks 05/23/15 (112)
            是的是的。在污染方面静静也是这么说的。  /无内容 - 老粗 05/23/15 (98)
            私有化如果万能,世上90%以上国家都有发动机了!可笑。  /无内容 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (120)
            轴承问题在工艺不精,中国工艺上不去,问题在非私有化。  /无内容 - ningshui 05/23/15 (105)
            现在数控已经好多了。材料也是大问题。 - beastlyking 05/23/15 (320)
              是1990年以前的故事,还虚构一些。  /无内容 - 小鱼锅贴 05/23/15 (133)
                89年以前,没任何虚构。 只是每个人经历不同而已  /无内容 - beastlyking 05/23/15 (119)
              你已经出国多少年了?会国看看就知道你的言论是多么落伍,无知。  /无内容 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (160)
                十几年前的经历论今日之中国,你也忒那个了!  /无内容 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (155)
                  你以为我们不知道国内的现状,笑话 - beastlyking 05/23/15 (270)
                    装的你什么都知道似的。中国的北斗、探月、歼20、高铁、超算、 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (171)
                    你知道,背着160斤设备挤硬座。  /无内容 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (104)
              胡说八道,你能背160斤?  /无内容 - 古宇庙 05/23/15 (114)
          问题出在你的脑子。中国发动机差的是规模,不是性能和 - 古宇庙 05/23/15 (289)
            没说到点子上,林左鸣说得好,差在国家拒绝巨额投资  /无内容 - ningshui 05/23/15 (144)
              他当然要向国家要求,这不等于他这个当事人说的就全面  /无内容 - 古宇庙 05/23/15 (114)
              国家投巨资前提是必须私有化。  /无内容 - ningshui 05/23/15 (151)
                你说的是美帝。中国要想国家投巨资,首先要国企。用的是纳税人的 - thetruth111 05/24/15 (129)
                说话前先过过脑子,拿出点实事。  /无内容 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (105)
                请举出世界上任何一私企军工国家比中国军工进步快的? - 大国有大国的智慧 05/23/15 (133)
                胡说八道,华人私企在高科技一事无成  /无内容 - 古宇庙 05/23/15 (134)
                  胡说八道,1984英国私有化有成。  /无内容 - ningshui 05/23/15 (160)
                    你才是胡说八道!英国的工业至今还在承受着撒切尔私有化的恶果 - thetruth111 05/24/15 (129)
                    说说他们有什么比中国进步更快的成果,从飞机到军舰,导弹到卫星 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (135)
            你不只无知,你还很无理。搞点人身攻击说明你很无能。 - beastlyking 05/23/15 (161)
              你可以攻击一个国家,我不能攻击你?  /无内容 - 古宇庙 05/23/15 (121)
                面对问题,才能解决问题, 讲讲问题就是攻击国家? . - beastlyking 05/23/15 (191)
                  毫无根据诋毁中国航空工业就是攻击中国这个国家  /无内容 - 古宇庙 05/24/15 (117)
                  如果中国人都抱着你这种心态,中国总有一天变成菲律宾。 - 大国有大国的智慧 05/23/15 (110)
  好像发动机最近获得重大进展  /无内容 - 月落猪蹄 05/23/15 (346)
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