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中国民用航发一核心部件取得突破 比涡扇15更先进

2019-01-31 11:17:00  来源:百度用户

众所周知,民用航空发动机是最能体现一个国家综合科技水平和工业基础能力的产品,具有技术难度大、研发周期长、经费投入多、失败风险高等特点,全世界只有美国的通用电气、普拉特·惠特尼集团,英国的罗尔斯·罗伊斯等少数几家公司能够独立研制生产。根据预测,未来20年全球民用航空发动机的市场需求量接近9万台,市场价值超过1.2万亿美元,其中中国的民用航空发动机市场就有可能达到近5000亿美元,占全球市场的41%。因此随着我国综合国力的不断提高以及航空发动机工业的不断进步,大力发展民用航空发动机产业将是未来我国的必然选择。

据公开资料披露,目前我国民用涡扇航空发动机的唯一研发厂商: 中国航发商用航空发动机有限责任公司(简称中国航发商发)共规划了三个航空发动机产品系列为中国商用飞机有限责任公司研制的飞机产品配套:第一种是推力达13.5吨的“长江”-1000大涵道比涡扇发动机,配装已成功首飞的160座C-919国内干线客机;第二种是推力高达35.4吨的“长江”-2000涡扇发动机,配装中俄正在共同研制的280座CR-929国际干线宽体客机;第三种是10吨级推力的“长江”-500涡扇发动机,配装未来的ARJ-21支线客机的加长改进型,最大载客人数为110至130人。“长江”系列发动机均采用双转子、直接驱动、大涵道比涡扇布局,具有低油耗、低排放、低噪声、高可靠性、低维护成本等特点,主要性能指标均达到世界先进水平。

三个产品系列以“长江”1000发动机的核心机为基准,经过相似放大和局部优化,发展出更大推力的“长江”-2000发动机核心机和整机。通过相似缩小和优化、发展出推力较小的“长江”-500发动机。“长江”系列发动机为了做到能与欧美国家研制生产的民用航空发动机相竞争,耗油率必须明显低于现役同类型的先进发动机,例如“长江”-1000发动机耗油率水平要做到与国际最新一代窄体干线客机用发动机LEAP-1C相当,比上一代CFM-56发动机降低约15%,因此对发动机涡轮效率和可靠性提出了极高的要求。中国航发商发决定在国内首次应UU快三规律用大尺寸整铸双联单晶涡轮导向叶片技术,来确保国产商用发动机的先进性,达到高能效和高可靠性设计要求。双联导向叶片技术可以减少导叶缘板间的漏气损失,提高航空发动机的涡轮效率,长期使用时又能经受得起由于冷热变化带来的强烈应力作用,是目前涡轮导向叶UU快三官网片技术的最佳选择。

而更多整体铸造叶片的三联叶片,乃至多联叶片技术已被证明均存在不可克服的困难,而被放弃使用。例如前苏联为米格29战机研制的PД-33发动机采用了三联高压涡轮导向叶片,由于三者互相拉扯,受热应力不均,在使用过程中不断出现多处裂纹,俄罗斯专家已决定今后在设计新发动机时将不再采用三联叶片,而是采用双联叶片。由于单晶叶片在高温下具有极为优异的综合力学性能、组织稳定性和抗氧化腐蚀性能,制造难度也极高,目前只有欧美少数航空企业全面掌握其制备技术,并对我国进行着严密的技术封锁,而双联单晶整体铸造叶片技术难度更高。有资料显示,大尺寸双联单晶导向叶片即使在国外也是属于研制难度较高、合格率较低的一类单晶制件。

我国的单晶叶片技术虽然已在太行改进型,涡扇15等新一代发动机研制生产中得到初步应用,但国内在大尺寸双联单晶叶片制造技术的应用和研发方面基本处于空白状态,目前还没有成功应用的报道。与两块单体叶片通过焊接方法成为一个整体相比,双联整铸叶片的可靠性更高,其承载能力可大幅提升,但也给叶片铸造技术带来了巨大的挑战。UU快三代理公开资料称,国产双联单晶叶片整体跨度达270毫米,模组高达380毫米,尺寸远大于其他单晶产品,整个凝固过程至少需要2个小时,其复杂的双联结构导致温度场的任何一个环节控制不当就会诱发杂晶,导致双联单晶叶片报废。

面对这样的机遇与挑战,中国航发航材院创新团队开展了产学研相结合的系列工作,在华中科技大学(原华中理工大学)开发的分析和优化铸造工艺软件——华铸CAE的帮助下,通过多方案正交模拟计算,建立起第二代高温合金单晶DD6 铸件、型芯型壳材料、炉膛壁面、水冷环、结晶器、挡板的基础热物性参数库,从而完成工艺条件量化控制与叶片制造工程化,首次完成了大尺寸双联单晶叶片的制造。该项成果不仅填补了国内大尺寸双联单晶叶片制造领域的技术空白,打破西方国家对我国单晶叶片的长期技术封锁与进口限制,按节点保质保量地完成产品交UU快三网站付,还可对其他双联单晶叶片的铸造工艺参数进行定量评价与指导,从而推动UU快三计划我国整个单晶叶片制造业的快速发展。(作者署名:小鹰说科技)

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