大型飛機運輸機發動機的發展現狀及其關鍵技術探析

安然 馬文浩 趙學謙 王彥龍

摘 要： 對軍民用大涵道比渦扇發動機的現狀及關鍵技術進行了探析，從大涵道比窩發動機的發展現狀、現階段發展存在的問題等方面，對我國大涵道比窩發動機的發展水平做了分析。發展我國大涵道比渦扇發動機應該從關鍵技術著手，并在國際合作、材料工藝試驗條件建設等方面作出全面的努力。

關鍵詞： 軍民用；大涵道比渦扇發動機；發展現狀；關鍵技術；措施途徑

1我國大涵道比渦扇發動機發展現狀與存在問題

1.1大涵道比渦扇發動機發展現狀

發動機是飛機的核心構件，大型飛機自主研發領域主要以大涵道比渦扇發動機為主[1]，攻克發動機研發難關就等于成功擁有了研發大型飛機自主能力。據可靠數據顯示，世界范圍內大涵道比渦扇發動機產值已經占到發動機總產值的80%，這證明了大涵道比渦扇發動機在航空領域的重要地位。為使我國的航空動力產業和航空工業與世界接軌，就必須將發展大涵道比渦扇發動機作為重點，發展自身完整、獨立、高端的發動機技術。未來大涵道比渦扇發動機需求將更為廣闊，專家預測，在未來20年中，我國將新增2750臺大型飛機的使用，大涵道比渦扇發動機具有顯著的社會、經濟、軍事效益，其用途廣泛、市場前景巨大，對推動我國國防建設、經濟發展和社會的進步具有重大作用。

1.2大涵道比渦扇發動機發展存在問題

我國的航空動力技術正處在飛速發展的階段，目前已經取得了一些顯著的成績，共研制了六萬多臺包括數十種不同型號的航空發動機，裝備了幾十種軍民用飛機，使得我國航空事業和空軍裝備建設取得了重大進步。而在針對大型飛機的大涵道比渦扇發動機研發方面，主要是對風扇/增壓級、高壓壓氣機等核心技術進行了重點研究，同時在航空推進技術驗證計劃的幫助下，增設了以定型的太行發動機核心機為基礎的大涵道比渦扇發動機整機驗證平臺，雖然較之前有所進步，但相對于世界先進技術水平仍然存在很大差距，現階段的技術基礎相對薄弱，尚未能掌握核心的關鍵技術，部分實驗設備本身存在缺陷，工程設計和使用經驗不足，在大型飛機的大涵道比渦扇發動機研發方面較為困難。

2大涵道比渦扇發動機關鍵技術

2.1主要設計關鍵技術

軍民用大涵道比渦扇發動機在總體、部件、系統、整機、仿真等方面主要技術基本相同，只在經濟性、環保和壽命方面存在差異，故可將二者的關鍵技術統一進行研究。這些技術要素主要包括：大涵道比發動機總體方案設計技術（含飛發一體化和經濟性分析）；民用發動機適航技術；高效高級壓比壓氣機設計技術；大涵道比風扇/增壓級設計技術；高性能長壽命高、低壓渦輪設計技術；發動機短艙及反推力裝置設計技術；低排放、長壽命燃燒室設計技術；驗證機設計技術；核心機設計技術[2]；大涵道比渦扇發動機數控系統設計技術[3]；整機/部件綜合數值仿真技術；長壽命、高可靠性和可維護性設計技術；低噪聲設計技術；故障診斷和監控技術；軸承和傳動潤滑系統設計技術；渦輪主動間隙控制技術；輔助動力裝置（APU）設計技術。

2.2材料、工藝技術

大涵道比渦扇發動機主要采用現有成熟材料和工藝，但在部分關鍵零部件（如大型風扇葉片、機匣等）的制造上仍有其特殊要求，需要進行攻關，采用更多的新材料和新工藝，才能達到設計要求。軍民用大涵道比渦扇發動機研制中需要攻關的主要材料工藝項目包括：大型寬弦風扇空心葉片（欽合金或復合材料）制造技術；大型欽合金中介機匣鑄造、焊接和制造技術；復合材料包容環制造技術；風扇盤圓弧型樺槽加工技術；欽合金整體葉盤/葉環制造及修復技術；三維彎扭多聯組合渦輪導向葉片精鑄技術；高溫欽合金材料工程化與制造工藝；

鎳基高溫合金整體葉盤低成本制造技術；定向凝固帶冠大展弦比低壓渦輪葉片精鑄技術；低成本燃燒室機匣整體鑄造技術；風扇機匣涂層本機加工技術；風扇轉子和發動機本機平衡技術；火焰筒浮動壁材料與制造技術；渦輪導葉低成本材料、鑄造以及打孔工藝；高壓渦輪動葉及導葉用涂層及其涂覆工藝；單晶渦輪葉片低成本材料、鑄造以及打孔工藝；粉末輪盤制粉、鍛造工藝以及缺陷檢測。

2.3試驗、測試技術

大涵道比渦扇發動機相較于軍用小涵道比渦扇發動機有所不同，因其在流量、推力、尺寸方面相應加大，故要求相應的技術和實驗設備共同完善，除此之外，由于大涵道比渦扇發動機、尤其是民用大涵道比渦扇發動機，需要達到適航條例中的嚴格的適航標準才可使用，因此需要提前進行反復多次的特殊適航試驗，如包容試驗、吞咽試驗、環境試驗等，故在進行相關缺門實驗設備的同時，還需針對特殊試驗展開相應的研究，制定科學的試樣方法和規范，保證大涵道比渦扇發動機所需的特殊試驗技術符合條件，主要內容包括：整機試驗與調試技術；發動機反推力試車技術；發動機投鳥試驗技術；發動機側風、逆風試驗技術；發動機吞水、吞冰、吞砂試驗技術；風扇葉片包容試驗技術；發動機噪聲場測量技術；整機和部件壽命和可靠性試驗技術。

3關鍵技術解決策略

3.1軍用大涵道比渦扇發動機

軍用大涵道比渦扇發動機的發展經過了型號驗證機研制、原型機研制和科研試飛、定型批研制和設計定型、生產定型及批量使用幾個階段的充分發展，已經取得了一定成效，繼承性較高，具備了定型發動機的核心機、滑油系統和控制系統的部分附件，可降低研制成本、縮短研制周期，研制風險小。

3.2民用大涵道比渦扇發動機

在解決民用大涵道比渦扇發動機關鍵技術研究問題時，需制定充分的研究計劃，積極開展國際間的技術合作，展開部件/系統/核心機/驗證機的積極研制，提高自主創新能力，早日攻破關鍵技術，夯實發動機領域的技術研發基礎。同時在驗證機的基礎努力推進，結合現有的科學技術力量，積極研發出具有本國特色并符合標準適航條件的民用大涵道比渦扇發動機。專注發動機領域的總體方案設計和部件設計、加工和試驗、核心機和驗證機的工程設計、加工和試驗驗證。 在滿足發動機高空臺性能的基礎上，按照干線客機的技術要求，進行原型機的開發研制，并使得研制的機型符合生產使用和適航標準。

3.3積極開展國際合作

我國航空動力行業正處于發展階段，尤其在大涵道比渦扇發動機領域，技術力量更加薄弱，尚存很多技術難點無法攻破，由于缺乏研發經驗，工藝、材料落后，試樣設備不齊全以及缺乏高水平技術人才等原因，導致先進大涵道比渦扇發動機無法在短期內研發完成。要想解決這些問題，航空科研部門必須積極進行創新，夯實技術基礎，充分加強與國際間的交流合作，提升自身的科研能力水平。

3.4加強材料、工藝、試驗等基礎條件建設。

大涵道比渦扇發動機的研發跟應用的材料以及相關工藝有著直接的關聯，對此需及早解決并突破現狀。大涵道比渦扇發動機的研制過程需要采取特殊的加工和試驗方法，對此需要在當前的條件下，及時進行技術和設備的配套完善，這些技術設備包括：環境試車臺、2號高空艙、野外試車臺、快速反應科研試制力量等。

4結論

發展我國航空事業是黨和國家的重要方針政策。大型飛機作為航空動力產業的關鍵組成，需要得到各個科研機構的充分重視，尤其是在大涵道比渦扇發動機的研發領域，要不斷攻克技術難關，積極進行技術的自主創新，采取更加先進的技術設備，不斷推進大型飛機的研制開發，使得我國的航空航天工程能夠取得更大的進步，早日與國際接軌。

參考文獻

[1]黃國平，梁德旺，何志強. 大型飛機輔助動力裝置與微型渦輪發動機技術特點對比[J]. 航空動力學報，2008（02）：383-388.

[2]曹春曉. 一代材料技術，一代大型飛機[J]. 航空學報，2008（03）：701-706.

[3]蓋宇春，朱偉東，柯映林. 大型飛機總裝配中支撐點設計分析技術[J]. 浙江大學學報（工學版），2013，47（12）：2176-2183.