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能造汽车却造不出飞机,航空发动机是问题之一,究竟难在哪里?

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文|观察眼

航空发动机与普通的发动机不一样,对材料、加工和组装的要求更高,也更能发映出一个国家的工业水平,比如日本和韩国的汽车发动机总是登峰造极,但航空发动机却鲜有成就,包括德国在内的国家,汽车造的很完美,却拿不出一款纯国产的飞机。世界上有不少国家能够研制战斗机,但是真正能够研制航空发动机的国家却屈指可数。

不仅仅在军用战斗机的发动机上,即使在民用航空发动机上,大多数国家都要进口。目前能够完全独立研制航空发动机的国家,只有美国、俄罗斯、英国和法国四个国家,其他国家能够仿制,那么航空发动机为什么这么难制造呢?这个问题很难精确回答,它是由多方面的原因构成,其中最重要的一环就是“材料”和“制造工艺”。

可以说现在的新型战斗机、运用运输机,甚至是民航干线客机,基本上采用的都是涡轮风扇发动机,这种发动机有2~3个同心圆涵道,一台完整的发动机包括压气机、燃烧室和涡轮,涡轮和压气机都有旋转的风扇结构,这些风扇直径很小、结构复杂,对加工工艺和材料技术提出了极为苛刻的要求。这还不是最主要的,现在战斗机为了形成强大的作战能力,重量已经远超当年的活塞战斗机。

以美军的F-22战斗机为例,其重量达到了30多吨,并且还要求有两倍的音速飞行能力,这就需要燃气涡轮发动机提供更大的推力,几乎是要求牛拉火车还要跑得非常快。在这种情况下,发动机的功率转化自然要求比较高,而涡轮前的温度越高推力就越大,涡轮工作的环境也因此非常恶略,对于发动机的零部件提出了更高的要求。

发动机的零部件能否耐高压、高温,也就决定了发动机的性能,这对承受高温部件的金属材料要求更是苛刻,还记得德国人开发的ME-262战斗机吗?这款喷气式战机最大的问题就是发动机寿命太短,平均只有50小时,很多著名的空战王牌都死于发动机停车事故。说到底还是基础工业不达标,在ME-262刚诞生时没有材料能满足涡轮制造的要求,当工业基础条件达不到一定高度,要强行研制高端的航空设备,往往会出现各种各样的问题。印度的飞机和航母之所以迟迟难以制作出来,最主要的原因还是基础工业能力薄弱。

航空发动机工作起来内部温度达到了1700摄氏度以上,压力也达到了50多个大气压,再加上涡轮叶片的高速旋转,对于材料的要求可想而知。即便是解决了材料问题,还有一个难关,那就是制作工艺,以叶片为例,其形成工艺和晶像结构对叶片的强度和寿命有着非常大的影响,叶片的重量不能太重,否则极容易在高速旋转中折断,因此叶片内部要设计成空心结构,为了避免分体铸造过程中的应力集中和结构缺陷,叶片和叶盘又要求一次性铸造成型,这没有极高的制造工艺是不行的。

当然,还有其他零部件也有着特殊的要求,必须能够一一满足。即便是能够完全研制出来,发动机的装配也非常重要,装配质量的高低也同样影响着发动机性能和寿命,这也需要能力超高的工人来完成。上述任何一个环节都不是能够速成的,它需要长年累月的积累、海量的资源投入,因此世界上能独立开发航空发动机的国家屈指可数。

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