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带你去看航空发动机,不一定是最完整但值得一看的

当我们仍在努力争取中国科技界的航空地位时,世界已经悄然形成了一个全球航空发动机领域,这个领域比飞机工业更苛刻,更高度垄断,更紧凑。 美国,英国,法国和德国等西方国家通过其寡头垄断企业垄断了世界航空发动机和燃气轮机(本文不涉及燃气轮机)。美国,英国和法国的寡头,包括他们的合资企业,占全球航空发动机市场的70%,而新机器市场的价值份额为90%。 世界上有十??家公司可以制造飞机,只有少数独立的航空发动机供应商。 美国和俄罗斯的航空发动机是深刻的,但俄罗斯“老虎”远远落后,西方远远落后。特别是在民用航空发动机中,俄罗斯在世界市场上占有很小的份额。 世界大型民用航空发动机 通用电气(GE) 普拉特惠特尼(PW) 劳斯莱斯(RR),英国 三家公司与法国赛峰集团的合资企业: 斯奈克玛国际CFMI(赛峰/通用电气) IAE(RR/PW) EA(GE/PW) 这些公司有能力独立开发航空发动机,并控制全球大型民用发动机的核心技术开发,装配集成,销售和客户服务的整个产业链。 军事和小型航空 斯奈克玛 霍尼韦尔,美国 德国MTU 意大利Avio 俄罗斯土星 俄罗斯敬礼公司 他们拥有相对完整的生产能力,除了各自领域的完整机器开发和市场能力外,他们还是顶级公司的大型组件和核心组件的一级供应商。 下一级供应商 日本三菱重工 日本川崎重工业 日本石川岛 韩国三星科技公司 以日本和韩国公司为代表的供应商拥有强大的零件加工和制造能力,主要为优秀公司提供发动机零件。 西方国家在航空和长期领域处于领先地位并占据主导地位,并在政府和企业层面采取了许多措施。在研发投入,项目投资,产业链控制,知识产权保护和技术产出控制方面,我们已经建立了较高的行业门槛,阻碍了其他国家和企业的发展和追赶,更不用说后者了。这是航空发动机的世界模型。面对这样的模式,我们只能从国家利益和国家利益中承担艰难的历史使命。如同在大型民用飞机领域,无论多么艰难,我们都必须将目前的A(空客)B(波音)暴君变成ABC(Comac)三极的新模式。在航空领域,我们也希望加入世界。航空发动机“强力俱乐部”将形成世界东方的极点,这将逐渐改变航空发动机世界,尽管这个过程将会很长。 未来20年军用发动机需求预测 根据“工业研究院智库”和“中国商业研究院”发布的两份预测报告,经过必要的修改后,中国军用航空发动机的总需求将达到22,000台(包括1,000台)用于出口军用飞机在未来20年。 ),价值600亿美元(约合人民币400亿元)。年平均1100套,价值200亿元。在价值方面,新的军事装备,旧军用飞机维修和直升机分别占80%,5%和15%。 新型战斗机发动机的单价是根据高低型号的平均价格计算的。新机器设备按1.15计算,更换次数为1.部分数据四舍五入。原则上,军用飞机发动机应使用国内产品,或至少90%。 F-16 用于F-16战斗机的F-16涡轮发动机 F-35 F-35 F-135发动机 F-22 F-22 F-119发动机 歼-10 歼-10 AL-31发动机 歼-15 歼-15 AL-31H发动机特写 歼-31 歼-31 RD-93发动机 歼-20 歼-20使用模型引擎特写 未来20年中国客货运需求预测 根据空客和波音公司的数据,未来20年中国新客机/货机的预测分别为5,338.3亿和6,330亿/950亿。平均后,根据发动机占飞机价值的30%,民用发动机市场在未来20年将达到2580亿美元,而发动机将达到5700左右。考虑到国内民用发动机处于增长阶段,我们力争分享20%至30%的总量,即1100至1,700辆,价值约50亿至770亿美元。 A380客机Trent 900安装在A380原型上 波音787 瑞达1000安装在波音787上 这架飞机诞生于100多年前。从飞行36米到飞行环球,人类航空技术不断发展,动力的不断发展使更多的飞行模式成为可能。你有多少架飞机?今天我们来到一个简单而粗鲁的列表,并试着在几秒钟内让你知道。 首先,广泛使用的航空发动机只有两个简单的分类,即“活塞发动机”和“燃气涡轮发动机”。燃气涡轮发动机通常也简称为“喷气发动机”。 活塞发动机系列 活塞式航空发动机符合当今普通汽车发动机的原理。他们依靠气体在气缸内引爆并推动活塞工作。所有活塞发动机都依赖于这个原理。根据气缸布置,活塞发动机分为以下类型。 星形活塞发动机 在早期,飞机使用空气冷却来冷却发动机。说白了,直接吹气缸。星形气缸允许每个气缸均匀散热。 ▲星级发动机示意图 ▲星形发动机和螺旋桨 自1903年以来,这种星形发动机一直在飞机上使用。 星形发动机有一个缺点,即气缸越多,功率越大,直径越大,因此飞机只能更厚......这意味着阻力变大。然后是内置发动机和V型发动机。 ▲这是一个高功率星形发动机的例子。嗯,非常非常厚。 ▲直列式发动机原理 内联引擎 直列式发动机与今天的汽车发动机基本相同。汽缸站成排布置。当纵向安装在机头上时,它比星形发动机更纤细。但是,内联有其缺点。汽缸越多,发动机就越长。如果你想使用7和9个气瓶作为恒星,那么长度是不合理的。紧凑型V型发动机应运而生,可将气缸分成两排。 ▲这款纤薄美观的手机只能通过直列式发动机或V型发动机实现。 V型发动机 ▲前视图,V型发动机气缸排列在字母V中 因此,可以在不增加V形发动机的长度的情况下倍增汽缸的数量。 通过将V形的角度改变为180度,也可以将水平对置的发动机制成水平对置的发动机。▲排列水平对置的发动机气缸。水平对置发动机具有扭矩大,振动小的特点。具有许多活塞发动机的固定翼飞机和直升机使用这种类型的发动机。 ▲Xirui SR20飞机和Robinson R22直升机是常见的航空旅行车型,全部采用水平对置活塞发动机,经济可靠。 喷气发动机系列 涡喷 涡轮喷气发动机是一种使用气体爆炸膨胀并直接排放的发动机。 ▲涡轮喷气发动机示意图,涡轮喷气发动机简称涡轮喷气发动机,历史悠久。 1937年,世界上第一台涡轮喷气发动机开始运转。 当涡轮喷气发动机启动时,发动机转子需要旋转到可操作的速度。涡轮喷气发动机由前压缩机进行空气压缩。压缩空气在燃烧室中点燃然后转回。向后注入气体以推动涡轮机旋转。旋转轴在前部连接到压缩机,并且可以连续地连续操作。 ▲涡轮喷气发动机连续运转的状态 ▲1970年,通用电气的J85-GE-17A涡轮喷气发动机 ▲可以达到声速3倍的米格25战斗机也是涡轮喷气发动机。 涡轮风扇发动机 很容易看出涡扇发动机和涡轮喷气发动机之间的区别。涡轮喷气发动机仅具有一个空气通道,称为“管道”,而涡轮风扇发动机具有两个空气通道。也就是说,涡轮喷气发动机是单管发动机,涡轮风扇是双管发动机。 涡轮风扇发动机分为内部和外部通道。内部通道原理与简单的涡轮喷气发动机相同,后者称为核心机器。核心机器在其前面驱动一个大风扇,向后推动气流,加上外管的外部整流行程。 当发动机运转时,外管与固有气流的比率称为旁通比。规则是管道比越大,燃料效率越高,经济性越好。具有高旁通比的发动机在亚音速下具有非常好的能量效率,因此它广泛用于客机和运输机。 ▲飞机和公务喷气机通常使用大型旁通比涡扇发动机 ▲战斗机使用的低旁通比涡扇发动机可以在提供更高功率的同时节省更多燃料。对于高旁通比发动机,主推力不是来自向后喷射的高温气体,而是来自高速从外管喷出的空气。大多数现代战斗机也使用涡轮风扇发动机,但为了在高海拔地区追求超音速性能,使用具有低旁通比的发动机。 涡轮螺旋桨发动机 ▲涡轮螺旋桨发动机工作原理示意图 涡轮螺旋桨飞机发动机,称为涡轮螺旋桨发动机。 涡轮螺旋桨发动机的特性类似于具有减速器和外部螺旋桨的涡轮喷气发动机的特性。 涡轮螺旋桨发动机通常用于小型或低速亚音速飞机。 ▲国产新船60线客机,采用涡轮螺旋桨发动机 ▲世界上最大的水上飞机,Snapdragon 600也使用涡轮螺旋桨飞机。 ▲图-95轰炸机涡轮螺旋桨发动机 ▲同轴反转螺旋桨示意图 战斗机国家战略轰炸机地图-95使用涡轮螺旋桨发动机,双层反向旋转螺旋桨,并推动涡轮风扇发动机的速度高达925公里的高亚音速。这是一个极端的例子,是目前最嘈杂的轰炸机。大多数涡轮螺旋桨发动机不到800公里。 桨扇发动机 涡轮螺旋桨发动机通常比涡轮风扇发动机更省油,但它们并不完美。一个原因是涡轮螺旋桨发动机上有一个减速器,它是变速齿轮。 变速齿轮的存在增加了发动机的重量,其次,它引入了一些动力损失。 为此,不需要换挡装置的发动机已成为螺旋桨式风扇发动机。螺旋桨式风扇发动机也可以理解为没有外部管道的涡轮风扇发动机。 螺旋桨式风扇发动机加上双螺旋桨就属于这种情况。由于螺旋桨式风扇的速度与发动机的速度相同,因此螺旋桨式风扇的螺旋桨速度比涡轮螺旋桨发动机高得多,从而产生更大的动力和更高的燃油经济性。同时,由于桨叶发动机的速度大幅增加,桨叶发动机的噪音也非常可怕。它通常不用于需要舒适和安静的客机。目前,基本上只使用军用运输机。 ▲螺旋桨风扇发动机的螺旋桨直接安装在发动机中心的主轴上。因此,螺旋桨速度与发动机速度相同,并且噪音也非常大。 ▲叶片风扇发动机后面还有一个螺旋桨。▲GE36螺旋桨风扇发动机最初用于客机,以进一步提高燃油经济性,但最终因高噪声而被废弃。涡轮轴发动机 顾名思义,涡轮轴发动机使用轴来传递动力。这种发动机通常适用于不需要直接空气推进的飞机,例如直升机。 ▲直升机的传动原理实际上非常复杂,但这个简单的原理图使人们更容易理解如何使用涡轮轴发动机。 直升机的涡轮轴发动机通过驱动轴将发动机的动力传递到主旋翼,然后主旋翼旋转以提供升力。因此,许多坦克和战列舰也使用涡轮轴发动机,类似于传统活塞发动机的输出。作为通用柴油发动机和汽油发动机,涡轮轴发动机重量更轻,功率更大,使其成为非常好的动力源。 ▲阿帕奇直升机机身背面的两个方形气缸是两个涡轴发动机。 冲压发动机 ▲(a)涡轮喷气发动机(b)冲压式喷气发动机,可以看出冲压式喷气发动机消除了一系列压缩机和涡轮机结构,变得更轻,但只能在高速下正常运行。 冲压式喷气发动机的运行方式与涡轮喷气发动机相同,但几乎所有的冲压式喷气发动机都不包括在燃气涡轮发动机的范围内。 冲压式喷气发动机在前部拆除了一系列压缩机结构。飞机飞得越快,迎面而来的空气就越快。当达到高超音速时,空气自然地压入空气入口并产生高气压。高压空气进入燃烧室,与燃料混合,猛烈燃烧并向后爆炸以获得动力,这与涡轮喷气发动机原理没有什么不同。应该注意的是,冲压式喷气发动机只能以非常高的速度运转。 ▲目前使用最快的SR-71黑鸟高速侦察机 目前成功的例子是美国超音速侦察机SR-71“黑鸟”。黑鸟的声速可以达到三倍。声速是声速的三倍,通过调整结构可以将其内部结构改为冲压。发动机模式操作。 现代工业的明珠 航空发动机和地面燃气轮机被称为现代工业的“王冠”,是该国综合实力的重要标志之一。提高航空航天发动机的性能需要提高其关键部件——涡轮叶片的性能。由于最高温度,最复杂的应力和最恶劣的环境,涡轮叶片被列为第一个关键部件,被称为“皇冠之珠”。涡轮叶片,也称为转子叶片,是涡轮发动机中最困难的部件,也是最重要的旋转部件。先进的航空发动机的进气温度为1380°C,推力为226 KN。涡轮叶片受到空气动力和离心力的作用。叶片部分承受约140MPa的拉伸应力;叶根受到280至560MPa的平均应力,相应的叶片体受到650至980℃的温度,叶根部分约为760℃。未来发动机叶片的铸造过程直接决定发动机的性能,是衡量国家航空工业水平的重要指标。除高温条件外,热端叶片的工作环境仍处于高压,高负荷,高振动和高腐蚀的极端状态。因此,要求刀片具有非常高的整体性能,这需要使用特殊的合金材料(超合金)。特殊的矩阵结构(单晶结构)采用特殊的制造工艺(精密铸造加定向凝固)制造,以尽可能满足需求。复杂的单晶空心涡轮叶片已成为当前高推力重量比发动机的核心技术。它是先进单晶合金材料的研究和双壁超冷单晶叶片制造技术的出现,使单晶制备技术最为发达。先进的军用和商用航空发动机起着关键作用。目前,单晶叶片不仅安装在所有先进的航空发动机上,而且还安装在重型燃气轮机上。 涡轮叶片制造技术 涡轮叶片的发展经历了细晶强化,定向凝固和单晶铸造三个阶段。 半个多世纪以来,涡轮叶片的温度承载能力从20世纪40年代的750°C增加到20世纪90年代的约1500°C,并且已经增加到大约2000°C。镍基高温合金单晶叶片可以增加与定向凝固叶片相比,工作温度从25°C到50°C。每增加25°C,从工作效率的角度来看,叶片的使用寿命增加了三倍。应该说,这一伟大成就是叶片合金,铸造工艺,叶片设计和加工以及表面涂层联合开发的共同贡献。 现代航空发动机涡轮机前部的温度大大提高。 F119发动机前部的温度高达1900~2050K。传统的涡轮叶片不能承受这样的高温,甚至熔化并且不能有效地工作。单晶涡轮叶片成功解决了第一级发动机涡轮叶片的高温问题。单晶涡轮叶片的优异的耐高温性主要由整个叶片的一个晶体决定,从而消除了等轴晶体和定向晶体叶片多晶体。该结构导致晶界之间的高温性能缺陷。单晶叶片的凝固缺陷 单晶涡轮叶片是航空发动机所有部件中最先进的发动机部件,具有最长的制造工艺,最长的循环,最低的合格率以及最严格的外国封锁和垄断。单晶涡轮叶片的制造工艺包括型芯,型芯修复,型芯烧结,型芯检测,型芯外模匹配,蜡模注塑,蜡模X射线检测,蜡模壁厚检测,蜡模修边,蜡模组合,水晶系统和浇注立管组合,油漆除砂,壳体干燥,壳体脱蜡,壳体焙烧,叶片铸造,单晶凝固,吹壳,初始检查,透视,去核,研磨,线宽测量,叶片X射线检查,X光片检查,轮廓检查,精加工刀片,刀片壁厚检查,最终检查和其他制造过程。此外,必须完成涡轮叶片铸造模具的设计和制造。联合发动机公司(UEC)的UFA发动机工业协会(JSC)的一部分,该公司正在为航空航天发动机制造涡轮叶片。 这里正在加工瓷土,并且瓷土被破坏以制造涡轮叶片的内芯。 这是加工前的瓷土。 工人们正在逐一检查模塑粘土模型,这些制作精良的粘土模型将首先烧结到熔融石英陶瓷芯中。 涡轮喷气发动机需要空心涡轮叶片。只有高品质的陶瓷芯是失蜡铸造的最佳核心材料。铸造金属时它们可以保持稳定。在铸件冷却后,它们可以通过化学过程容易地溶解。 ,将所需的空气通道留在叶片中。 这是一种等待加工的瓷土模型,并且通过将蜂蜡包裹在外面以由缺失的蜡铸造而获得蜡刀。粘土模型可以制成具有非常小的横截面并且在加工过程中变形较小。 在这里工作的女性是女性,细心和耐心的女性有资格从事繁琐且特别负责任的工作。 这些粘土模型实际上是叶片中的空气通道。当发动机运转时,空气通过它们,保持冷却涡轮叶片稳定。 工人正在准备铸造界面。 这些接口将配备两到四个叶片,这将提高铸造熔融金属的效率。 工人用蜂蜡包裹陶瓷芯,蜂蜡用于在模具中形成空腔。工人正在将蜂蜡叶片安装到铸造界面上。 蜂蜡叶子包裹在陶瓷核心。 粗壮的结构是铸造期间的金属流动路径,并且叶片实际上非常小。 最后,对刀片进行机械加工,使得熔融金属填充腔体而不会引起铸造气泡。 加工铸造模型。 这里有许多类似的模型可以生产不同尺寸的涡轮叶片。 下一步是将这些铸造模型包裹在瓷土中并制作陶凡。 工人将在旋转机器上铸造模型。 旋转粘土中的粘土以均匀地包裹模型的任何部分。 这将被视为合格。 之后,将其添加到特殊的波纹管中,该波纹管喷射到外面以形成厚的外壳。 操作机器的工人。 铸造模型等待处理。 这是包裹粘土后的铸造模型。 在这里晒干。精密铸造车间。 铸造模型在这里施放。 首先,缠绕在铸模上的瓷土必须加热并烧成陶瓷模具。 同时,内部蜂蜡被排出以形成铸腔。 工人拿出铸造模型。 然后,这些模板将铸造一种特殊的合金溶液。 每个型号都在一个特殊的炉子中加工。 这是大型零件的模型制作。 温度很高。 最后,生产的叶片还需要X射线检查。 每个刀片都经过多角度检查,以防止任何瑕疵。 X射线照片显示了刀片内部的空腔。 工人正在检查X光照片。 整个涡轮叶片的生产过程非常复杂,完全超出了珠宝行业的范围,而这只是“行业中的精细钻石” - 航空发动机制造的一小部分。 本文主要供大家学习使用! 免责声明:本文转载于互联网上,转载内容的版权归原作者所有。如果您涉及内容,版权或其他问题,请与我联系!

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