航空發動機有多難造?裡面1600攝氏度在燒,外面一點都不燙手

出品:科普中國

製作:川陀太空

監製:中國科學院計算機網路信息中心

川陀太空 航空發動機是各種航空器的動力來源,也是現代工業皇冠上的明珠。之所以這麼稱呼,是因為航空發動機的研製涉及到諸多學科,比如熱能動力、材料,如果材料領域無法達到要求,再優秀的設計也無濟於事。舉個例子,普惠公司的F119發動機上使用的CMSX-10材料比二代產品提高了60度左右,用於壓縮級定子使用的耐熱阻燃鈦合金加入了特定比例的Cr和C元素,根據普惠資料,材料上的進步讓F119發動機在渦輪進口溫度上實現了1900K的超越,從而得到的就是更大的推力。

航空發動機有多難造?裡面1600攝氏度在燒,外面一點都不燙手

目前大部分航空發動機都是屬於燃氣渦輪型,民用客機的發動機突出的安全性和可靠性,而軍用發動機在這個基礎上還追求更大的推力,以及開加力時的最大推力。由此可見,航空發動機領域中最強者必然是軍用航發,而軍用發動機算是人類科技的巔峰之作。具備研發、製造和生產航空發動機的國家一般都不輕易出口自己的技術,只出口發動機成品,有的甚至連維護都需要送回原產國。

複製拆解難

航空發動機難以製造的特點首先體現在複製拆解難,一款汽車、航空器的外形可以通過反向測繪進行複製,汽車就不用說了,複製起來更是信手拈來。航空器外形複製也是有的,比如圖-160和B-1B轟炸機,但發動機的複製如果沒有圖紙介入,那根本是不可能的。比如目前波音737客機上使用的主流發動機CFM-56系列發動機,從1974年首次運轉到今天,一共生產了超過2萬台,波音、空殼主打的單通道客機幾乎都用了。

航空發動機有多難造?裡面1600攝氏度在燒,外面一點都不燙手

拆解CFM-56時就會發現,發動機葉片上指甲蓋大小的地方覆蓋著許多小氣孔,如果沒有圖紙定位,完全沒法對其進行複製。一旦氣孔打的位置不對,會直接影響葉片散熱,那麼複製品的整體性能就下降了。GE公司憑藉CFM-56的技術基礎,研製了覆蓋各種機型使用的發動機,與普惠展開直接競爭。

材料製造難

航空發動機其實也很簡單,以經典的CFM-56發動機為例,包括低壓壓氣機、九級高壓壓氣機、一級高壓渦輪和四級低壓渦輪,中間還有一個環形燃燒室。但是就是這些結構,工作的溫度、壓力環境不一樣,就說明其使用的材料是不同的。以渦輪葉片為例,工作環境上千攝氏度,一分鐘數萬轉,使用多種金屬混合製造,而且比例也各不相同。

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來源:thegreatdaily