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美想靠断供扼杀C919?没门!中国航发关键技术获突破
www.wforum.com | 2021-01-07 17:57:39  世界军事网 | 0条评论 | 查看/发表评论

  航空发动机是“航空工业皇冠上的明珠”,也是一直以来中国航空工业的最主要短板之一,2020年,美国为了扼杀中国的科学技术进步和产业升级,发起了气势汹汹的“贸易战”和“制裁战”,其中一度传出消息要通过掐断进口LEAP-X涡扇发动机的供应,来扼杀国产C919大飞机项目。然而,中国人民是吓不到、压不垮的,2021年新年伊始,航空发动机材料研制领域传来捷报,据央视报道,中国科学院研发的钛合金涡轮叶片取得成功,目前已经通过振动疲劳考核,取得理想效果,下一步将装机长江发动机CJ1000A考核。这不但是国产航空发动机关键核心材料的一次重大创新突破,为航发进口替代的目标创造有利的条件,也为是我们面对美国的封锁和制裁,给出的响亮答案!

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  航空发动机,最难是叶片

  航空发动机从原理上讲其实并不特别复杂,空气经过风扇进入后,经过压气机压缩,再经过燃烧室和燃料混合燃烧膨胀,然后经过尾喷排出做功,通过牛顿第三定律,产生巨大的推力。然而由于工况恶劣、热端燃烧工作温度高、同时还要承受极其严酷的力学考验,给航空发动机的材料水平带来了极高的要求和考验。可以说,航空发动机最难的是材料,特别是叶片材料。

  我们经常讲涡轮前燃温度,这是衡量发动机性能好坏的一项关键指标,世界上最先进的航空发动机F119,涡轮前燃温度达到了惊人的1960K(开尔文)。而涡轮前燃温度里指的“涡轮”,其实就是航空发动机核心机中最重要的“高压压气机涡轮叶片(简称高压涡轮叶片)”,它也是整个发动机中工作最恶劣,技术要求最高的热端组件之一。

  高压涡轮叶片工作温度那么高,已经大大超过了一般金属所能承受的物理极限,怎么解决?一方面需要采用散热技术,另一方面就要寻找能够承受极高温度的高温合金材料。

  目前主流的航空发动机,譬如中国的“太行”发动机,使用的是镍基高温合金,这种稀有金属材料掺混进合金中,虽然使得航空发动机的叶片耐热能力显著增强,但另一方面也显著推高了航空发动机材料的造价,另一方面,稀有金属材料的产能供应有限,战时大规模生产可能受到很大限制,不是长久之计。

  钛铝合金,老材料、新创新、大用途

  为了解决镍基高温合金价格昂贵等难题,中科院金属所的科研人员们瞄准了一种物美价廉的替代材料——钛铝合金材料。实际上,钛铝合金材料在航空发动机领域并不是新鲜产物,很早它就被航空发动机专家们用于发动机零部件的制造,用它来替代高价高温合金作“热端部件”,也不是没有尝试过。钛铝合金相对于镍基高温合金,首先是物理性能上有一定优势,它的比强度、比刚度和比弹性模量都很高,用通俗点的话说就是它既结实又轻,航空发动机压气机转子部件用了它,不仅能够满足严苛的力学性能要求,而且还能进一步降低发动机的重量,提高其推重比,进一步提升发动机性能。

  然而,此前的钛铝合金材料,温度都做不到太高,譬如Ti-6Al-4V型钛合合金,工作温度达到350℃,Ti6242牌号钛铝合金的工作温度达到500℃,而用于航发的第一代粉末高温合金早在上世纪70年代工作温度就达到了650℃,目前主流的第三代粉末高温合金,其工作温度最高已经达到800℃。这是此前钛铝合金材料所达不到的。

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  为了解决这一难题,一方面,要通过新的冶金技术,发现新的配方,进一步提高钛铝合金材料的耐热性能,另一方面,则通过创新性的给钛铝合金材料通过复杂的表面反应,形成耐高温高性能涂层的办法,来解决耐热难题。

  中国科学院金属研究所钛合金项目团队,用10年的时间,解决了钛铝合金应用于热端高压涡轮叶片部件的难题。根据报道,这次中科院金属研究所研制的钛铝合金的发动机叶片,将首次用于国内的C919大飞机的配套发动机CJ1000,将实现发动机的涡轮盘和涡轮叶片大幅度减重,大大提高发动机的效率。而在此之前C919使用的是由美国通用电气和法国赛峰合资成立的CFM研发的LEAP-X1C发动机。CJ1000,既是进口发动机的备用备选方案,同时也是必要时候我们完成进口替代、不被别人卡脖子的“撒手锏”武器。

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  目前,钛铝合金叶片项目已经落户江苏太仓高新区,钛铝合金叶片的生产已经有序展开,并且钛铝合金叶片已经通过了震动疲劳考核,下一步就是装机CJ1000A考核。

  据中科院钛合金项目研究员杨锐介绍:目前长江发动机方面,CJ1000A进展非常快,CJ2000也正在加紧攻关,我们希望尽快把CJ1000A和CJ2000发动机做出了,来由我们自己的发动机配套我们的大飞机。

  而从经验上来讲,实际上中科院金属所早在2018年就已经有相关报道称其向英国罗尔斯罗伊斯公司供应一体化成型技术生产的钛铝合金叶片,应用在空客A350的遄达XWB发动机上,这些叶片应该并不是指高压涡轮叶片,但足以证明在研制生产钛铝合金叶片方面,有着丰富而成熟的工程技术经验,这是高温钛铝合金叶片在工程上取得成功的另一个“砝码”和保证。

  结语

  千里之行始于足下,航空发动机虽然难,但并非人力不能攻克。美国人能够做到,我们中国人一样能做到。只要千千万万的航发人,遵循科研规律,从基础做起,从材料出发,从每一处技术细节着眼,善于做“水磨工夫”,久久为功,那么就一定会“有志者事竟成”,一定能够摘取这颗“航空工业皇冠上璀璨的明珠”。

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