图文|青梅侃史
编辑|青梅侃史
提起航空发动机,大家首先想到的肯定美国航空发动机技术,毕竟在大多数眼中,国产航空发动机一直都是工业体系里的一块短板,没有突破自己的桎梏。
就拿国产大飞机C919来说,从首飞到现在已经六年时间过去,可质疑声却始终存在,甚至有网友声称:“连飞机最重要的发动机还是美国的,怎么好意思说是国产的?”
要知道,我国仅在发动机这一项便累计投入上千亿了,可跟国外顶尖水平相比,或多或少仍然有一些差距。可能有人就会问了,为什么中国能造火箭导弹,却搞不定这个发动机。
首先,航空发动机是一项高难度的系统工程,需要多个领域的紧密配合。其涉及的空气动力学,专门研究气体的流动规律。而热力学则研究空气在压缩和燃烧时的状态变化,为设计提供理论依据。
不仅如此,还有机械学负责研制运转部件如轴、盘、叶片等,要求高速稳定转动。材料学需要研发耐热、耐压、抗腐蚀的特殊材料。电子学负责发动机的监控和控制系统,进行精确调节。可以说,航空发动机汇集了当今尖端科学技术的精华。
另外,航空发动机对零部件的加工精度和性能要求极高。最为关键的是,叶片、压气机都需要采用精密数控机床进行加工。所有部件都要经过X光、超声等检测,确保无误差。
最为关键的是,航空发动机非常看重可靠性和安全性,它需要在恶劣环境下连续可靠运行两万小时以上。
因为任何故障都可能造成重大事故,所以在设计时要考虑各种异常情况,制定故障安全控制方案。从理论研究到产品设计再到试验验证,整个设计周期长达10年以上。
最后,航空发动机还需要不断进行技术创新。为提高发动机推力和效率,噪音等指标,每一代产品都要进行全新的设计与试验。也就是说,想要成功研制新一代发动机,往往需要20年时间以上。
早在上世纪50年代,中国航空发动机工业起步时,根据苏联技术仿制出第一台发动机。当时中国刚刚建国不久,国力薄弱,要突破发动机技术瓶颈非常困难。
但中国航空工业部门仍然克服重重困难,通过反复试验研制,终于在短短几年时间内掌握了仿制发动机的关键技术。
随着国家工业实力的提升,中国开始对航空发动机进行部分自主设计,成功研制出WS9、WP13系列发动机。这些发动机大大提高了中国战斗机的性能,满足了国防军用需求。
直到2002年,中国才通过自主研发整个过程,成功研制定型国产发动机,成为全球第五个航空发动机生产国。
2005年,中国研制成功首台大推力国产高超音速涡扇发动机。2011年,中国着手研发用于国产大飞机的高性能民用发动机。
目前,中国发动机相比西方国家仍存在一定差距,主要体现在使用寿命和稳定性上。由于材料性能和设计精度等方面的制约,中国发动机使用寿命一般只有4000小时左右,而美国发动机可达12000小时。
这其中一个关键因素是轴承技术,航空发动机运转过程中的共振震荡对轴承提出极高要求,而中国在这方面的技术积累还不够。
如果想要实现跨越发展,必须从材料、设计、工艺等多方面下功夫,以逐步解决发动机寿命短、故障率高的问题。
事实上,西方国家研发之初也经历过艰难时期。反观中国,从最开始的一无所有,到现在的航空强国,无时无刻不再追赶乃至超越。
尤其是在单机推力、排量、燃油消耗率等指标上,已取得显著提升。而一些重点型号陆续投入批量生产和使用,积累了宝贵的实际运行数据,这为后续设计优化和技术升级提供了良好基础。
事实上,中国的航空发动机技术一直落后于西方国家,还有一个关键原因。毕竟美国不断以各种方式制裁中国,阻碍中国航空发动机技术的发展。
中国虽然在大推力军用涡扇发动机领域取得一定进展,能够自主研制,但在民用航空发动机方面一直存在短板,大多需要依靠进口。中国想要赶超,必须经历长期的、艰苦的技术积累过程。
除了时间上的落后以外,人才方面我国也是缺失的。这就是一个连锁效应,首先我国在这方面较为落后,而研制航天发动机十分需要技术支持,这就导致我们没办法培养更多关于这方面的人才。
而想要制造一个完整的航天发动机,至少需要上万零件和成千上万的科学家。同时,还要防住其他国家挖墙脚,毕竟物质基础也是关键。
所以上千亿的投入并不算多,只有足够充足的资金,科学家们才能更好的大展拳脚。
除了航空发动机方面,我国其他企业也在努力突破美国的技术封锁。尤其是华为,哪怕面临高强度封锁,仍然在努力发展自主芯片技术。
不管怎么说,航空发动机作为高端装备的“心脏”,直接关乎国家经济安全和国防安全。这需要全国上下不懈努力,还要保持高额研发投入,打造完整的产业体系。
在不远的将来,中国有信心突破技术壁垒,研制出优于欧美的先进民用航空发动机,从而实现航空发动机强国梦想。
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