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大直径涡扇发动机即将全面突破

2020-02-06 19:43:16

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当代的4代先进涡扇大推力发动机，比如F119、F135或者某15等，涡轮前的进气温度已经达或者超过了2000K，也就是1800摄氏度左右。涡轮前进气温度越高，代表着燃烧室内产生的燃气速度越快，冲击力越强。而对涡轮的压力做功也越大。涡轮的物理强度和耐烧蚀性也必须越强。综合下来就会导致4代军用涡扇的气流流速、流量都更大，表现在最终推力也更大。而普通的大型涡扇发动机，哪怕风扇直径做到3.43米。推力超过57吨的GE90这种超级大涡扇，它的涡轮前温度一般才1300K，最多不超过1400K，也就是温度最高不超过1100摄氏度，核心机部分的正常工作温度也就在1000度左右。比4代军用涡扇的核心机温度几乎小了一半。核心机温度越低，对材料、制造和工艺的要求也应该越低。那么在谁谁家的第3代军用涡扇已经全面自产，

高温高压的第4代涡扇也已经突破的情况下，为何大直径的涡扇和国际先进水平的差距仍然巨大呢？这还是体现了出了涡扇大发和军用大推的很大不同。大直径涡扇的第一个明显特点，就是每次上天以后的平均连续工作时间要比军用大推长；而全年的总工作时间和全寿命工作时间则更长。军用大推，每次上天平均工作2到3个小时，平时很少超过4个小时，即使战时经过空中加油，在天上连续工作5到6个小时不得了。而涡扇大发，如果安装在客机上，经常需要持续飞行10个小时以上。有些洲际飞行甚至超过15个小时。而客机为了经济效益，几乎风雨无阻，每天都飞。有些客机已经飞了30年以上还在飞，他们的发动机几乎没更换过。现在有些型号的大涡扇发动机，全寿命比客机的机体寿命还长，可以连续使用30多年。

总工作寿命可以接近甚至超过10万小时。而再好的军用涡扇，总工作寿命也很难超过1万小时。因此大涡扇的工作寿命往往比军用涡扇寿命高出一个数量级甚至更多。正是因为工作寿命超长，大部分时间需要免维护，平均故障率要求低这些特点，造成虽然大涡扇的核心机温度要求没军用先进涡扇那么高。但是总体的材料耐疲劳、可靠性要求却相当高。由于大涡扇每次工作时间都很长，对滑油的消耗也很大。每次长距离飞行都会消耗不少的滑油。这就要考虑到，万一出现飞行过程中滑油突然用完；或者滑油系统出现渗漏，飞机的大涡扇发动机还能在没有滑油的状况下，再坚持飞行一段时间。让飞机寻找机场紧急备降的情况。过去谁谁家的自产大涡扇试车不过关，无滑油运行时间不足是一个最大的坎。而大涡扇能够短时间内无滑油运行，关键在于轴承等关键运动件加工的精度高。这方面相当考验一个国家的高端工业素质。

另外，大型涡扇发动机的前部风扇，提供了发动机整机70%以上的推力。而风扇直径越大，对外形、材料和制造工艺的要求越高。比如一根长度2米的木杆很容易折断，而同样的木杆若只有0.6米，则就不那么容易折断了。而谁谁家制造半径0.6米的风扇叶片已经到达国际先行水平，但是制造半径1米的叶片还是头一次。至于1米以上到1.7米的超大直径风扇叶片还没开始尝试。而不论GE还是罗罗。在这方面也都是折腾了几十年才稍微有点心得。甚至到现在，罗罗的风扇叶片仍然会时不时的出点问题。GE开发的复合材料风扇叶片，也需要钛金属和凯夫拉进行复杂的局部加强。