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终于突破歼20发动机最关键技术:涡扇15进展已到这里

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文|军情视野

众所周知,我国钛矿资源极为丰富,仅四川攀枝花和西昌地区,就蕴藏有钒钛磁铁矿近百亿吨,但在21世纪前,不论是产量和品种,还是技术和制造水平,都不能与俄、美、日三国相比。进入21世纪后,世界航空市场大幅增长,对客机的需求量暴增,钛合金这种航空高技术材料由于被上述三家垄断。到2010 年,钛材的产能及产量已居世界第一。到2017年,我国钛材产量为5.5万吨,是原世界第一大钛材生产国俄罗斯的2倍以上。由于我国钛材生产企业的产业优势,价格跌回到21世纪前的水平,全世界的钛合金生产生产厂商纷纷倒闭,美国,俄罗斯只剩下一家公司生产钛合金材料 ,日本也只剩两家企业生产钛材。

由于钛材极难冶炼和加工,我国上世纪60年代投产的歼-7飞机的钛零件质量只有9千克,70年代歼-8白天型飞机的钛零件质量增至60千克,80年代抓住歼-8II研制的机遇,使飞机的钛合金零件用量达93千克,歼-10A的钛用量进一步增至飞机结构重量的3%左右,而歼11飞机的钛合金用量达15%。目前,我国钛合金用量比例最高的是“鹘鹰”歼-31隐身战斗机,达25%,其次是歼-20,为结构重量的20%。预计正式投入批产时歼-20将做进一步改进,钛合金用量将达到25%至30%左右。钛合金是发动机减重、提高推重比必须采用的材料,也有一个扰人的重大缺陷,它传热导热极慢,一旦发生钛合金叶片故障,互相摩擦,会形成“钛火”, 自上世纪70年代以来,国外已发生发动机钛火事故200余起,造成巨大的经济损失。

美国的F-18舰载战斗机曾在一年之类坠毁过4架,不得不将发动机钛合金部件改为高强度钢,导致发动机增重30千克。美国是目前唯一报道将阻燃钛合金投入应用的国家,其第五代战机22的发动机F119-PW-100高压压气机机匣、尾喷管鱼鳞片和加力燃烧室筒体均采用阻燃钛合金,大大降低了发动机重量,为其发动机推比超过10,飞机超音速巡航做出了贡献。我国研制的阻燃钛合金已经研制成功,有望用在歼20的正选动力——涡扇15发动机上,其发动机高压压气机前机匣,压气机整流叶片、喷口收敛调节片、喷口外部调节片、加力燃烧室筒体及尾喷管都有可能使用。

值得一提的是,由于阻燃钛合金铸锭开坯热变形严重开裂,导致我国长期无法将阻燃钛合金投入应用,我国自行研制的涡扇-15发动机也仅为这个原因迟迟不能通过地面试车台测试,直到我国研制出3.6万吨黑色金属挤压机后,情况才得到改善,一系列阻燃钛合金,高温钛合金纷纷得到应用。随着我国河北宏润5万吨热挤压机,青海6.8万吨挤压和模锻双功能重型压机纷纷投入使用,我国的航空和航空发动机钛合金的用途将会更加广泛,特别是解决了涡扇-15发动机的几个重要材料难题,目前,涡扇-15发动机已经完成大部分地面试车和地面高空台测试,即将进行上机测试。

除此之外,我国船用钛合金工业经过几十年的发展,其研究、制造水平有了很大的提高,基本形成了自己的船用钛合金体系。由于钛合金在海水里几乎完全不被腐蚀,某钛金合金已成功用于核潜艇余热排出海水冷却器,是一回路余热排出系统的主要设备,而Ti75钛合金也已用于制作我国永磁推进电机所需的钛合金转子支架,可用在哈电电机无锡分厂研制的功率达 6万千瓦的舰船推进电机上,据公开资料推测,这个电机很可能是055A万吨级驱逐舰的全电推进动力。另据报道,我国研制出厚42毫米,宽度3.66米,长度12.53米的超大规格钛合金板,标志着我国潜艇外壳用钛材也取得了重大突破。

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