中國將自研大飛機發(fā)動機 主軸承壽命是關鍵
軸承行業(yè)資訊：中國航空工業(yè)集團公司 麒麟圖片
滿足中國造大飛機航空動力試驗的要求，今年5月中國航空工業(yè)集團公司宣布將在四川綿陽市小枧鎮(zhèn)新建一座航空城，為大飛機造“健康心”——發(fā)動機。
研制大型飛機是一項復雜的系統(tǒng)工程，大飛機發(fā)動機更是其中的難點。中國工程院院士、中國著名航空動力學專家劉大響曾說：“如果把飛機制造比喻為工業(yè)皇冠，那么發(fā)動機的研制就是皇冠上的明珠�！边@句話不但形象地說明了大飛機發(fā)動機技術含金量之高，也說出了其研制背后的巨大困難和風險。
研制大飛機意義深遠
大飛機技術是衡量一個國家科技水平、工業(yè)水平和綜合國力的重要標志。由于各國航空工業(yè)發(fā)展水平不一樣，“大飛機”是一個相對的概念。我國將起飛總重量在100噸以上，座位在150座以上，單次最大航程在5000公里以上的飛機稱為大飛機。通俗而言，就是飛行中途不加油，能從我國南飛到北，西飛到東，同時還能飛抵周邊鄰國的飛機。
大飛機相對小飛機需要攻克的技術難題要復雜很多，它航程遠，安全性要求高，因此對發(fā)動機的要求尤為苛刻。大飛機上使用的大型渦輪風扇發(fā)動機，每分鐘渦輪轉(zhuǎn)速超過5000次，發(fā)動機燃氣流進入渦輪前的溫度高達1500攝氏度，發(fā)動機的3萬余個零部件要在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速等極端條件下，長期反復使用不出任何問題，不僅是對研制技術的挑戰(zhàn)，也是對一個國家機械、冶金、材料等工業(yè)基礎水平的考驗。
大飛機發(fā)動機技術一直是少數(shù)大國優(yōu)先發(fā)展、嚴密封鎖的關鍵技術，被美國通用電氣、美國普惠和英國羅爾斯·羅伊斯等幾個航空發(fā)動機生產(chǎn)商高度壟斷。因此，我國獨立研制大飛機發(fā)動機的舉措意義深遠。
大型渦輪風扇發(fā)動機關鍵技術未掌握
渦輪噴氣發(fā)動機是航空發(fā)動機的一種，主要特點是其前端壓縮扇葉的面積很大，可以“身兼兩職”，一是壓縮空氣向后噴出取得推力，二是具有螺旋槳的作用，將機體向前“拉動”。這種發(fā)動機最適合飛行時速為400公里至2000公里時使用，這使其成為大型飛機首選的動力來源。
“涵道比”是渦輪噴氣發(fā)動機的一個重要技術概念。空氣經(jīng)過核心發(fā)動機的部分為“內(nèi)涵道”，空氣經(jīng)過的核心機外側(cè)部分為“外涵道”。單位時間內(nèi)不經(jīng)過燃燒室的空氣質(zhì)量，與通過燃燒室空氣質(zhì)量的比例就是涵道比。大飛機普遍使用的大涵道比渦輪風扇發(fā)動機，具有耗油較少、運轉(zhuǎn)噪音小和推力大的特點，技術優(yōu)點很突出。
多年來，我國航空動力技術領域取得的成績在于，在軍用渦輪噴氣發(fā)動機和小涵道比渦輪風扇發(fā)動機方面具有一定的研制生產(chǎn)能力，但是在大飛機使用的大涵道比渦輪風扇發(fā)動機方面，與國際先進水平相比差距較大，大量關鍵技術尚未掌握，自行獨立研發(fā)還有較大困難。
大飛機發(fā)動機研制幾大難點
飛機發(fā)動機的總體設計，旨在使發(fā)動機取得穩(wěn)定良好的推力和操縱性。因為發(fā)動機整機系統(tǒng)的性能不但取決于先進的部件，更是發(fā)動機各部件之間取得最佳匹配的結(jié)果。目前，我國對航空發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)設計要素的理解還不夠，還沒有形成可供設計參考的規(guī)范性文件，在外來物撞擊對部件影響的分析及整機安全性分析等許多專業(yè)領域，都需要進行更深入的工作。
在發(fā)動機防冰系統(tǒng)設計技術方面，我國防冰系統(tǒng)設計由于歷史的原因，一直處于借鑒國外防冰系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)的階段，全面性、基礎性試驗很少。相比之下，英、美、俄、德等國早在上世紀三四十年代就已經(jīng)開始重視防冰問題，形成了較為完備的防冰系統(tǒng)設計體系。
航空發(fā)動機主軸承是航空發(fā)動機的關鍵部件之一，在高速、高溫、受力復雜的條件下運轉(zhuǎn)，其質(zhì)量和性能直接影響到發(fā)動機性能、壽命和可靠性。目前國外發(fā)達國家航空發(fā)動機主軸承的壽命均能達到1萬小時以上，完全可以滿足大飛機發(fā)動機主軸承的壽命需求。而我國目前航空發(fā)動機的主軸承壽命基本在900小時以內(nèi)。
反推力裝置是大飛機發(fā)動機必不可少的常設裝置，可以顯著縮短飛機的著陸滑跑距離(在潮濕和結(jié)冰的跑道上，這個裝置的作用尤為突出)，降低了對機場的要求。美、英、俄等國很早就開展了這方面的基礎研究和工程應用研究，在機械式反推力裝置設計方面的技術十分成熟，擁有完備的設計手段、豐富的研制經(jīng)驗。而國內(nèi)反推力技術研究剛剛起步，對設計方法和設計技術的掌握少，與國外相比差距很大。
此外，專家指出，國內(nèi)在發(fā)動機特種試驗技術領域經(jīng)驗欠缺，比如發(fā)動機吞咽(吞鳥、吞冰、吞水和吞砂)等試驗技術。有關試驗設備的建設、試驗方法的設計和測試手段等，對我們均是考驗。
