发动机研制的难点和目前中国的发动机技术浅谈

    航空发动机体现了一个国家的整体工业水平，因为航空发动机的制造要求非常高，工艺精度非常细，航空发动机的研制本身就有着风险大，技术高，研制周期偏长，花钱巨大的多种因素在内。比如周期问题，为什么说它长，是因为研究的过程是非常复杂的，许多的设计理念都是靠专家们独自摸索的。发动机不是一个逆向学就能搞懂的。从设计样稿，到制造样机，在到实验，如果其中一个细节失败了就得重头来过，从新设计，在循环下去，直到各项指标均达到要求后才算结束。这点俄罗斯方面都会有许多的困难，其主要还是资金问题，其他方面如设计技术等相对来说很少。

    俄罗斯第五代发动机AF-41的3D效果图，俄国官方已经承认在研制过程中出现问题

    首先我们说下发动机的基本常识，发动机大致分为活塞式和螺旋桨。这里包括柴油机，汽油机，和燃气涡轮机等，还有一种是冲压喷气式发动机，（这种发动机本身就有局限性，一般用在导弹和火箭上）由于字数问题前两者我们就不谈了，在这里我们主要说下燃气涡轮机。燃气涡轮机的构成大体部件可分为五个：进气装置、压气机、燃烧室、涡轮和排气装置。其中压气机，燃烧室和涡轮是最主要的，如果这三个出现一点问题，那么整个发动机的研制就会失败。燃气涡轮机里也分好多种，这里我们就提下涡轮风扇发动机，因为涡轮风扇发动机大多用在目前主力的二、三代战斗机中，是必不可少的关键。

    我国在航空发动机的研究上大概有50多年，虽然研制时间较短，但我国也搞出了至少15种型号的发动机，这其中有买专利后研制的，也有仿制的，可以说，一直到现在我国的发动机也没有完全摆脱仿制的影子。但这是不得已的，我国也曾经试着自己设计发动机，但都没得到很好的结果。可以说走仿制的路子实是无奈之举。从当时的情况来看我国航空发动机的研究严重落后于其他国家，虽然走了很多弯路，但现在我们着实有了实质性的进步，太行发动机的出现使我国成为世界上第四个能独立研制航空发动机的国家，虽然目前和俄罗斯的AL31F相比还略有差距，但也是一款很不错的航空发动机了。

    说道涡轮风扇发动机的研制，第一点就是加工了，可以说涡轮风扇发动机的加工是比较困难的，这一点不光是我们国家，西方发达国家也出过同样的问题。一个发动机生产工艺上的好坏决定了这台发动机的整体性能，从叶片上就可以分辨出来一个国家的制造工艺水平。就拿美国的F-18战斗机来说吧，它本身的F404发动机制造工艺就非常好，如在燃烧区的转子叶片，在受到高速旋转时所流出的动力时，还能很好的承受将近2000多度高温的冲击，这就要看一个国家的合金钢制造技术了，如果是用很好很耐热的合金钢做出的叶片，那这台发动机的寿命就会相对长些。目前俄罗斯的AL31F发动机也有不错的工艺，但相对美国来说要差许多，当然大部分国家还是不能制造出来的。我国的太行和昆仑叶片都是采用了合金钢，但这里相同的材料应用在发动机叶片上还有个加工问题，如果叶片加工的不精确，那叶片的形面重复率就很差，每组叶片就不会相同，发动机的性能就不好。还有就是发动机的叶片根部会有许多的小孔用来释放散热空气的，当发动机启动时，轮轴里传出来的散热空气会通过这些小孔后流到叶片外面去，叶片旋转时产生的热量就会减少。这些小孔是很关键的，每个孔的数量和形状都是计算过的，数量多了，承受转动力就不行，数量少了，放气就少，所以如果计算失误了就得重新设计。其实这些小孔就是制冷装置，你没有一个好的制造工艺是做不出这些小孔的，这也是目前大多数国家为什么没有能力独自研制发动机的问题之一。从我们的太行发动机来看，工艺方面很好了，甚至比俄罗斯的AL31F都好。

太行发动机的制造工艺技术还是很高的

    除了漩涡风扇发动机的加工技术要求较高之外，其国家整体的工业制造水平也要求很高，在这里简单说下研制发动机的几个重要工业技术：近无余量形成技术、计算机集成、复合材料加工、新切削加工技术、焊接技术、小孔加工技术、检验、防护涂层、热表处理技术。目前这些技术在单一情况下我们国家还是较先进的，关键问题是我们缺少设计合成的经验，所以，把这些技术融合在一台发动机上是很困难的。为什么说很困难呢？因为这里有个预算问题，一台好的发动机指标是耗油量少，维护费用低，重量相对轻，尽量缩短研制周期，这就需要这些技术共同计算加工了。如果制造技术好，那发动机的寿命就会很长，质量就很好。尤其是大推力发动机，里面的关键部件尺寸精度、形为公差精度还有装配单位都是毫米和微米。这样的精度是普通加工机床和人工无法来完成的。所以你得有非常先进的检测机器，自己的国家工业能制造出非常好的数控加工设备才可以。这也是我说的为什么一台发动机能显示出一个国家的工业实力。这里我还可以拿叶片举个例子。对于大多数三代发动机的叶片而言，根部的冷却小孔至少有七万或几十万个，这就是单晶空心叶片技术。而且每个孔的形状还不是一样的，有的深径比大，有的入射角小。平常的方法是做不来的，只有数控激光打孔才能搞的出来，所以叶片的质量就很高，这样一比，美国的数控激光打孔设备就是非常先进的。还拿美国的F404来说，由于叶片加工精细，所以在叶片旋转时和外环的摩擦力就很小，空气动力的损失就小，这里的动力间隙就越小，发动机的效率就越高。这里还有个装配问题，如果一个发动机制造出来后，假如它的间隙是1.3到1.5毫米之间的话，那么这个发动机的效率就会降低4%左右，如果这台发动机的推力是5吨的话，那么粗略算一下它至少没有了100到120千克的推力。要知道一架战斗机的推力大一分，其整体的战斗力就大一分，像美国F404发动机的涡轮损失几乎就是零。这里由于我们存在研制经验少，所以我们的太行推力就略逊于俄罗斯的AL31F，但基本和AL31F保持一致，这里面的困难程度多少是有的。