航空領域活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化的研究

曾繁星　盧磊　高平遠　張磊

摘 要：航空領域活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化的目的是進一步提高發(fā)動機的性能，使其安全性、可靠性等得到提升，同時還能夠降低噪音、減少污染。當前，活塞發(fā)動機發(fā)展中還存在不少的問題，對這些問題的分析和解決是發(fā)動機工藝優(yōu)化的前提，只有更好地解決這些問題，活塞發(fā)動機的研究才能獲得突破性進展，航空業(yè)才能有更好發(fā)展。

關鍵詞：航空；活塞發(fā)動機；問題分析；工藝優(yōu)化

中圖分類號：V234.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0060-02

航空領域發(fā)動機的制造工藝精細、復雜，即便在信息化時代，航空發(fā)動機的工藝優(yōu)化還許解決諸多問題。活塞發(fā)動機是航空史上最早使用的發(fā)動機，對這一類型發(fā)動機的工藝優(yōu)化研究要結合“輕量化”理念，進一步提高發(fā)動機的可靠性、經濟性等，使其綜合性能得到提升。

1 航空領域活塞發(fā)動機工藝概況

活塞發(fā)動機作為最早的航空發(fā)動機類型，發(fā)展到如今，它仍然在航天業(yè)中占有很重要的地位。 航空活塞發(fā)動機的工藝復雜，而對于航空發(fā)動機工藝的優(yōu)化關系這飛行器的性能、可靠性和成本等等。當前，發(fā)達國家在活塞發(fā)動機工藝方面的研究比較超前，較好的解決了航空活塞發(fā)動機的輕量化、可靠性等問題，更重要的是航空活塞發(fā)動機不再只依靠航空汽油為燃料，航空煤油、柴油等也普遍的成為航空活塞發(fā)動機的燃料，這極大的提高了飛機的高空性能和發(fā)動機的燃油效率，使發(fā)動機能以最小的成本帶給飛機更大的飛行能量。國內對于重油活塞發(fā)動機的研發(fā)還處于探索階段，當前大多數(shù)研究是在實驗中進行的，很少有研究成果被廣泛的應用于活塞發(fā)動機的生產中。我國與世界發(fā)達國家在航空活塞發(fā)動機方面的研究差距是客觀存在的，在航空活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化中必須正確的、科學的看清這一點，才能夠利用好自己的優(yōu)勢、利用好別人的優(yōu)勢，使我國航天事業(yè)得到更迅速的發(fā)展。航空活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化的關鍵在于兩個方面，一是材料的選擇，二是先進的加工方法。自十九世紀中期，英國人亨森提出了蒸汽力驅動的概念，人們就不斷的探索發(fā)動機的制造工藝，夢想著人類能夠像鳥兒一樣飛向藍天。后又經歷了近半個世紀，美國人蘭利提出了：當時的發(fā)動機太過笨重，要實現(xiàn)飛翔的愿望就需要輕量化發(fā)動機。但是由于當時的攻擊水平較為落后，他的這一理論難以進行實踐。又過了近二十年，人類史上第一架飛機誕生了，當時這架成功試飛的飛機所用的發(fā)動機功率為8.9千瓦，功率/重量比為0.109，比蘭利那個時代功率/重量比提高了七倍多。此后，隨著航空業(yè)的發(fā)展，活塞發(fā)動機的工藝得到了不斷優(yōu)化，特別是近現(xiàn)代，新型材料的研發(fā)、加工工藝的不斷優(yōu)化，使活塞發(fā)動機的制造技術得到了很大發(fā)展。這一過程中既有化學反應，又有物理變化，即便現(xiàn)代化的科技手段也無法完全的避免一些生產狀況發(fā)生，因此，對航空活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化的進一步研究，是生產性能更好，功能更加的航空用發(fā)動機的必要途徑，對其深入的研究，能夠極大的推動我國航天事業(yè)的發(fā)展。

2 航空領域活塞發(fā)動機工藝發(fā)展中的若干問題分析

當前，活塞發(fā)動機主要應用于一些輕便的小型飛行器上，例如無人駕駛飛機、教練機、行政機等，相比于其他類型的發(fā)動機，活塞發(fā)動機有其優(yōu)勢，也有很多不足、例如，活塞發(fā)動機和渦輪發(fā)動機相比，前者加速性能較好，后者的高空性能略勝一籌。隨著材料和工藝的不斷進步，活塞發(fā)動機本來應該有一個廣闊的發(fā)展空間，但在世界各國，由于活塞發(fā)動機工藝水平的較大差距，活塞發(fā)動機的研發(fā)和應用遇到了較多問題，致使活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化過程中充滿挑戰(zhàn)，活塞發(fā)動機生產技術的更新和發(fā)展也遇到諸多難題。以航空活塞發(fā)動機可靠性技術方面的問題為例。在先進工藝和材料的支持下，活塞發(fā)動機的輕量化技術得到了很大發(fā)展，外形尺寸也在不斷的縮小，呈現(xiàn)出緊湊的設計趨勢，這樣一方面便于活塞發(fā)動機功率的提高，使以其為動力的飛行器具有更好的飛行穩(wěn)定性、可靠性，而且在加速、起降等方面有更多的優(yōu)勢，也便于機身曲線的設計。但由于工藝技術的差異，當前的活塞發(fā)動機產品都存在著不同的問題，需要進行技術難關突破，目前這些問題還沒得到充分的解決。例如，活塞發(fā)動機的燃料，當前還有很多的活塞發(fā)動機只能使用航空汽油，如要使其能夠使用煤油、柴油等作為燃料，就需要對發(fā)動機的工藝過程進行優(yōu)化，而這類技術大多數(shù)由少數(shù)的發(fā)達國家掌握，很多國家還在實驗研究中。即便那一部分掌握了燃燒煤油、柴油等的活塞發(fā)動機制造技術的國家，其研制的發(fā)動機產品還有很大的進步空間，其工藝還需進一步優(yōu)化。例如，德國的Canturion2.0型發(fā)動機，它可以使用煤油或柴油做燃料，但是這類型的發(fā)動機造價比較高，而且維修、保養(yǎng)復雜、繁瑣，因此其制造工藝還有待優(yōu)化，只有優(yōu)化生產工藝才能提高航空發(fā)動機的可靠性，使其維修、保養(yǎng)簡單化，并確保其使用壽命的延長，使其使用安全性、耐久性得到進一步的提升。以航空活塞發(fā)動機制造中的熱處理為例，眾所周知這類發(fā)動機制造的主要材料是鋼，對鋼的熱處理可以分為普通熱處理和表面熱處理，其目的都是根據(jù)航空發(fā)動機制造的需要改善其生產材料的性能，使活塞發(fā)動機的綜合性能得到提高。表面上看這一工藝流程很簡單，實際上極為復雜，且難以掌控。就如同碳分子，有的形態(tài)是常見的燃燒的煤，有的形態(tài)是金剛石，熱處理以改變物質的機械性能使其整體力學性能得到優(yōu)化為目的，這一過程中往往會伴隨著多個化學反應和物理變化，極難掌握。例如，鋼的熱處理過程中加入碳可以提高生產材料的強度；淬火過程中掌握好溫度，可以增加材料的韌性，避免生產過程中出現(xiàn)裂紋。另一方面，要依賴豐富的經驗積累，在實踐中提升理論，這才能使活塞發(fā)動機制造工藝得到更好的優(yōu)化。

3 航空領域活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化的探索

航空領域活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化的影響因素眾多，其中存在問題的研究和解決將是一個漫長的過程。在其工藝優(yōu)化過程中，首先，研究者期待有更多的資源、信息共享，希望在合作中謀求全人類航空事業(yè)的共同發(fā)展，在航空領域活塞發(fā)動機的工藝優(yōu)化研究中大家能夠取長補短，共享發(fā)展成果，使活塞發(fā)動機的發(fā)展更好的為人類服務。其次，我們要客觀的看待該領域我們自身與發(fā)達國家的差距，同時依靠自身的優(yōu)勢，在活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化方面取得更好的成績，提高我國活塞發(fā)動機的自主研發(fā)、自主生產能力，在借鑒、尋求合作的同時更要注重自身在這方面的研究、探索，以便更好的解決活塞發(fā)動機工藝中的眾多難題，使活塞發(fā)動機制造的世界工藝得到優(yōu)化。再次，活塞發(fā)動機工藝優(yōu)化要針對其工藝生產中的問題進行研究，而且應該將各方面的問題進行綜合研究，通過科學、簡單、有效的方法進行解決。例如，對于活塞發(fā)動機制造中的氧化脫碳問題的解決，可以通過預留足夠的碳余量，以確保復合材料中碳的含量。

4 結語

總之，自飛機誕生以來，活塞發(fā)動機的工藝發(fā)展就伴隨著航空、航天業(yè)的發(fā)展，當前發(fā)動機的種類已趨于多元化，特別使新材料的發(fā)現(xiàn)、生成及工藝技術的進步，更給航空發(fā)動機的制造帶來無線機遇，但活塞發(fā)動機的發(fā)展還有很大空間，優(yōu)化其生產工藝，就是推動活塞發(fā)動機及航天業(yè)發(fā)展的第一步。

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