大型飛機發動機的關鍵技術分析

李仁文

摘 要：大型飛機即總重量達到100 t以上的飛機，類型多樣，民用客機、民用大型運輸機都屬于大型飛機的范疇，隨著技術水平的發展，大型飛機技術已經成熟。在大型飛機的應用過程中，發動機技術是核心，直接關乎著飛機的運行效率，大型飛機發動機的制造涉及多種技術，難度大，系統要求精度高。該文主要針對大型飛機發動機的關鍵技術進行分析。

關鍵詞：大型飛機發動機 關鍵技術 分析

中圖分類號：V235 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0067-02

大型飛機指總重在150 t以上的大型運載類飛機，通常包括軍民用大型運輸機、150座以上的客戶以及其他特種飛機和部分中遠程轟炸機。現階段，大型飛機主要采用大涵道比渦扇發動機作為動力部件。大涵道比渦扇發動機具備大涵道比、模塊化、推力大、重量輕的特點。中國由于技術基礎相對薄弱，關于大型飛機的關鍵技術未能實現突破，所以渦扇發動機研制主要集中在小涵道比，大涵道比渦扇發動機的研制與國外先進水平存在較大的差距，該文重點分析大型飛機大涵道比渦扇發動機的關鍵技術。

1 大型飛機發動機的性能

大飛機就是起飛總量超過100 t的運輸類飛機，有軍用與民用兩類，150座以上客機也屬于大飛機的一種類型。大飛機發動機壽命長、可靠性高、成本低廉，在發動機結構方面，有著輕量化、零件整體化的特性，與軍用戰斗機發動機相比，大飛機發動機有著不同之處。首先，大型飛機發動機安全可靠性高，為了滿足飛行安全要求，大飛機發動機普遍應用低渦輪前工作溫度以及大核心機尺寸。數據顯示，只要可以降低2%的油耗，即可降低1%的運營成本，降低10%的維修費用，可見，可靠性是降低飛機運營成本的主要措施。其次，大型飛機發動機還需要具備超長的壽命，截止到目前為止，最為先進的大型飛機發動機壽命已經達到了40 000 h。此外，為了保證發動機可以具備良好的維修性能，目前普遍采用內置檢查無線系統，在減少成本的同時延長了服役時間。對于大飛機發動機的設計，必須要重點關注用戶的維修費用與運行費用，關注發動機運行的可靠性、使用性能與氣動性能，盡可能減少發動機的保存、采集以及使用費用，這已經成為國內外的一種共識。

2 大型飛機發動機的關鍵技術

2.1 風扇單元體的重要部件關鍵技術

大涵道比渦扇發動機與小涵道比渦扇發動機相比，其外形尺寸、結構形式具有很大的差別，其中風扇單元體為典型之一。風扇單元體中的重要部件為大型寬弦空心風扇葉片和風扇機匣包容環。

大型寬弦空心風扇葉片關鍵技術：大型寬弦空心風扇葉片目前所使用的主要材料為鈦合金，具有葉身長、葉弦寬、扭轉角大、空心、無凸臺等特點。目前大型寬弦空心風扇葉片制造流程為將鈦合金毛坯切削加工成兩個半葉片，再利用真空擴散工藝將其組合成整體葉片，在真空爐內初步成型，最終通過超塑成形工藝成型。

風扇機匣包容環制關鍵技術：風扇機匣包容環指在機匣外纏繞的一種或多種復合材料環帶，其主要作用為防止斷裂的葉片對飛機造成傷害，其特點為重量輕、強度高、包容性好。因此在設計和制造時要盡量采用復合材料。例如GE90發動機包容環使用凱夫拉編制材料，重量可降低50%。

2.2 壓氣機單元體的關鍵技術

壓氣機單元體主要構件為葉片、整體葉盤和薄壁機匣三部分，其中壓氣機的葉片主要采用鈦合金或者是高溫合金制成。下文重點介紹整體葉盤和薄壁機匣制造的關鍵技術。

整體葉盤制造的關鍵技術：壓氣機整體葉盤指將葉片和輪盤集成為整體，該結構能夠簡化發動機結構、減輕重量、降低零件數量同時還提高了發動機的推重比和可靠性。目前各大發動機制造商采用以焊接技術為主導的整體葉盤技術和電加工技術。其中已經成功應用的關鍵技術有線性摩擦焊接、電子束焊接以及熱鍛接技術、數控加工技術等。薄壁機匣制造的關鍵技術，該種技術普遍應用高強阻燃鈦合金材料，該種材料結構復雜，加工過程中很容易產生變形的問題，在現階段的制造水平來看，在加工時容易出現變形問題，一般情況下，可以先應用電解技術，再應用數控銑削技術，達到理想的效果。

2.3 燃燒室制造的關鍵技術

燃燒室的主要組成部件為浮動壁燃燒室和霧化噴嘴，下面重點介紹這兩部分制造的關鍵技術。浮動壁燃燒室制造的關鍵技術：浮動壁燃燒室主要采用高溫合金為材料，其過程主要為將涂有復合材料涂層、層孔板結構的浮動瓦片連接到火焰筒筒體上。其中關鍵技術為復合材料的研制，通常使用碳化硅陶瓷基復合材料；沖擊氣膜冷卻技術，用于降低廢氣的排放量；電火花和激光技術，用于制造火焰筒上的氣膜孔；霧化噴嘴制造的關鍵技術：該種技術也是燃燒室在制造過程中不可獲取的重要技術，利用霧化噴嘴，可以促進燃料的充分燃燒，提供燃料的燃燒率，霧化的效果會直接影響燃料能量，減少污染物排放量，是目前節能減排的一項重要舉措。在霧化噴嘴的應用上，通常使用氣動法，其中的關鍵就是噴油嘴精密加工，除此之外，微細電火花技術、微細電化學和聚焦等離子等加工技術也十分常見。

2.4 附件系統單元體的關鍵技術

附件系統單元體主要由傳動齒輪和軸承，以及其對應的密封結構所組成。

傳動齒輪和軸承制造的關鍵技術：傳動齒輪主要采用高強度鋼為材料，要求高強度、高耐磨性，其制造過程中主要涉及到的技術精密插齒技術、齒面耐磨涂層的研制技術。軸承通常采用特種合金鋼、陶瓷以及陶瓷增強金屬基復合材料，其涉及的關鍵技術主要有特種加工和精密磨削技術、裝配和檢測技術等；密封結構的關鍵技術：密封結構是附件系統單元體中重要組成部分，密封性能的好壞直接影響到發動機的熱力實施效果。現今，密封結構主要采用的形式包括篦齒封嚴、刷絲封嚴、指尖封嚴等。密封結構制造所涉及到的技術主要與釬焊技術、裝配技術和涂層制備等技術密切關系。

3 結語

文中所分析的各部件的關鍵技術僅僅是大型飛機發動機研制技術中的一部分，從中可以看出除了新材料的應用以外，大部分都與先進制造和精密制造技術息息相關。中國在研制大型飛機的過程中，除了在新材料開發上下功夫以外，更多的應該在基礎制造技術和工藝控制方面加大研究投入，同時再借鑒國外先進成果，相信我國在未來一定能夠全面掌握大型飛機的研制技術。

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