轉一個文小芒寫的技術科普_風聞

關於渦扇發動機

我國飛機渦扇發動機技術這幾年取得了巨大的進步。

1、設計採用了先進的軟件平台和設計技術

（1）、我國在新一代大推力渦扇發動機上，已經實現用基於計算流體力學軟件的三維設計軟件設計葉片、風扇、壓氣機與渦輪葉片，實現了設計的虛擬展示和不同工序的虛擬協同，大幅提高了部件設計效率。

（2）、基於設計技術的進步，以往加工困難的大直徑的風扇葉片的振動問題,、根部承受過大的載荷與流動損失大等問題，不僅順利克服，而且降低了發動機耗油率，提高了推力，加大了風扇或壓氣機的喘振裕度。（當然具體實現這種設計，是在有了新的加工工藝方法和新的材料後才實現的，這點後面有介紹）。

2、新一代渦扇發動機採用了新結構

（1）、在高壓壓氣機後的卸荷腔封嚴處，用新發展的封嚴裝置，減少了漏氣損失，可使壓氣機效率提高X%,喘振裕度提高Y%。

（2）、採用的整體葉盤（

在風扇與壓氣機中，將葉片與輪盤作成一體的結構稱整體葉盤）結構，取消了榫根，輪盤的輪緣可作得很短，因此整體葉盤的重量大幅減少（重量可減少XX%)。另外還可消除氣流在榫根與榫槽間縫隙中流動所帶來的損失與微動磨損，並可使發動機零件數大大減少，同時可以提高發動機性能或壽命。由於風扇效率與空氣流量提高，使發動機推力增加YY%。

（3）、目前整體葉盤採用線性摩擦焊的加工方法，與五座標數控銑牀和電化學加工方法相比，線性摩擦焊可以節約大量的鈦合金，並且可以直接對損壞的單個葉片進行修復，

（4）、火焰筒結構更新，並在火焰筒上採用了大量碳化硅複合材料。

（5）、採用了複雜、高效的冷卻高壓渦輪葉片，目前渦輪前燃氣温度已高達xxxx~yyyyK,這不僅需要採用更耐高温的單晶材料,而且要採用冷卻效果更好的冷卻結構。

（6）、在新一代渦扇發動機開始採用導熱係數低的熱障塗層，例如葉片表面噴塗熱障塗層

3、新一代渦扇發動機採用了大量新材料

（1）、高壓壓氣機機匣、加力筒體及尾噴管魚鱗片用新的阻燃合金實驗成功（一般情況下， 高壓壓氣機機匣一般不能採用鈦合金，因為鈦制工作葉片或其斷片與鈦機匣碰磨會引起鈦着火）。但是如果在鈦合金中加入大於20%的釩與大於13%的鉻就能阻止鈦的燃燒且具有高的機械性能。

（2）、複合材料的風扇進口機匣實驗成功（進口機匣由一個軸承轂、多個翼形支柱、一個外支承環以及安裝凸耳等組成,零件的各部分被模塑成一個整體），與鈦機匣相比，重量減輕信息xxkg,成形成本明顯低於鈦組件製造成本。

（3）、碳化硅纖維增強的碳化硅基複合材料火焰筒實驗成功，壁温在xxxxK下仍能工作。

4、新一代渦扇發動機採用了大量新工藝

（1）、不同材料焊接的渦輪轉子和離心式壓氣機葉輪（例如鈦鍛件與鈦鋁合金焊接在一起）。

（2）、雙重熱處理的渦輪盤（雙重的熱處理以適應外緣與輪心的不同要求,即外緣採用了提高損傷容限能力的處理，以適應榫槽可能出現的微裂紋,輪心部分則採用提高強度的熱處理）。

（3）、陶瓷材料作的滾動軸承。氮化硅滾珠可以經受xx小時以上的工作循環,轉速最大達到xxxxr/min,且僅用燃油油霧作為潤滑劑與冷卻劑。

（4）、激光衝擊強化處理風扇葉片。採用這種強化處理後，零件的使用壽命可加長，並可防止表面裂紋（目前我國的某企業已經在為GE公司的渦扇發動機葉片提供外包激光強化服務）。

（5）、單晶渦輪葉片與粉末冶金輪盤成功使用。

關於激光衝擊強化工藝

激光衝擊強化技術其實就是利用強激光束產生的等離子衝擊波，提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力，與傳統的冷擠壓、噴丸等金融材料表面強化手段相比強化效果更好，因為激光束單脈衝能量達到幾十焦耳，峯值功率達到GW量級，在10～20ns內將光能轉變成衝擊波機械能，所以激光衝擊波的壓力可以達到TPa量級，而機械衝壓的壓力常在幾十MPa至幾百MPa之間，而且衝擊波作用時間僅僅幾十納秒，比機械衝壓高出10000倍，比爆炸成形高出100倍。目前美國廣泛使用這種技術用於F/A-22上的F119-PW-100發動機整體葉盤和葉片等部件的生產，據美國報道，葉片楔形根部進行激光衝擊處理後，其微動疲勞壽命至少提高25倍以上。而且也用於F119發動機鈦合金損傷葉片修復，對具有微裂紋、疲勞強度不夠的損傷葉片，經過激光衝擊處理後，疲勞強度為413.7MPa，完全滿足葉片使用的設計要求379MPa。    我國目前搞激光衝擊強化研究的單位主要有中國科學技術大學、江蘇大學、南京航空航天大學、華中理工大學、北京航空製造工程研究所、航空材料研究院、北京航空航天大學、空軍工程大學等，產業化的單位也有幾個，具備了系統設備的設計、製造、綜合性能檢測等關鍵技術的自主知識產權。