中国研制世界最先进的最先进航空发动机机大约何时发成功

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世界第二大军用航空发动机制造商的成功秘诀是?
罗罗公司引领英国航空发动机产业
航空发动机产业是英国高度重视的战略性产业。在英国政府2013年发布的航空工业发展战略中,航空发动机被认定为英国航空产业四个最关键的高价值领域之一,而拥有逾百年历史的罗尔斯·罗伊斯公司(简称罗罗公司)正是该领域的翘楚。
罗罗公司成立于1906年,是世界知名的航空发动机制造商之一,也是欧洲最大的航空发动机制造商,其研制的各种喷气式发动机被民用和军用飞机广泛采用。罗罗公司也是世界第二大军用航空发动机制造商。
罗罗公司集团总裁科林·史密斯日前撰文说,在全世界所有的双过道宽体客机当中,有约三分之一使用了罗罗公司生产的航空发动机,而且罗罗公司在这个领域的市场份额还在不断扩大。
数据显示,在全球范围内,每2.5秒就有一架使用罗罗公司航空发动机的飞机起飞或降落。在罗罗公司引领英国航空发动机产业,罗罗公司生产的发动机或发动机部件被广泛用于多种先进的军用飞机。
罗罗公司最知名的产品是“遄达”系列航空发动机,约占该公司所有订单的80%。空客A380和波音787梦想客机等大型客机都使用了该系列发动机。
史密斯介绍,罗罗公司对英国经济的贡献值达到90亿英镑(1英镑约合1.3美元),公司的对外出口额在英国全国出口总额中约占2%,公司80%的产品出口到海外,客户遍布全球150多个国家和地区。同时,罗罗公司还为英国创造了大量就业岗位,直接雇用员工超过2.3万人。
不仅如此,罗罗公司的成功也带动了英国航空业下游产业链的发展,为大量中小企业和供应商提供了发展机遇。根据英国政府2013年发布的航空工业发展报告,只要每卖出一架使用罗罗公司发动机的飞机,就可以带动约3000个企业参与其供应链业务。
罗罗公司成功的秘诀之一是极为重视研发和培训,每年的研发投入达到12亿英镑。该公司注重与高校和科研机构的合作,在英国14所大学投资设立了19个大学技术研发中心。
英国政府的高度扶持也成为罗罗公司等航空发动机企业成功的保障。2010年,英国政府推出了“航空业发展伙伴关系计划”,旨在推动政府与航空产业界的战略协作,以确保英国航空业在未来数十年的优势地位。
这个计划的参与者包括来自产业、政府、学界、行业协会等领域的相关人士,从不同角度反映英国航空业的利益和需求,及时发现和解决航空业出现的问题。
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一架飞机最具挑战性的三个方面是:1.机翼;2.冶金、复合材料;3.发动机。
  机翼制造仍然是关键领域之一,像波音这样的顶级企业也很少会外包,而中国航空工业集团(运-20的研发单位)仍然让俄罗斯安东诺夫航空公司帮助为其ARJ-21(喷气式)开发机翼。
  冶金是一门严格的学科,俄罗斯在这方面曾投入巨大的资源,而中国在这一领域的知识似乎仍然不足。
  最后,飞机发动机仍然是中国在航空领域最大的弱点。
发动机是中国飞机的瓶颈
  一般而言,军用运输机的动力装置分为:1.涡桨发动机、2.涡喷发动机、3.涡扇发动机、4.桨扇发动机四种。
涡桨发动机一般多用于轻型和中型运输机,涡喷发动机和涡扇发动机多用于重型或战略运输机。上世纪五六十年代,有一些运输机在采用涡喷发动机,但这与后来发展出的涡扇发动机相比,耗油率偏高,经济性不好,逐渐被淘汰,现在的大型军用飞机一般都采用涡扇发动机,油耗率低,但加工难度很高,研发周期比飞机还要长。
  中国海军军事学术研究所研究员李杰曾对媒体表示,运-20项目与其他飞机项目一样,也面对着同样的难题发动机难题。不过,如果我们能克服这个难题,解放军将军事力量投射到战场上的能力,或者将救援物资运送到灾区的能力必然会显著增强。
  “飞机发动机的研发周期一般比一架飞机机身的研制周期要长5一6年,甚至更长,发动机的研制一直是我国飞机制造业的瓶颈。美国等西方国家也对中国进行技术封锁。”
  目前,运-20安装了4台俄罗斯的D-30发动机,推力略小。我国正在研发国产的发动机,也已接近尾声,未来运-20的载重量还能再提升10吨左右。
中国的航空动力产业已经进入了一个大发展的时期。
去年年底,中航工业公布了国产航空发动机追赶世界先进水平的“三步走”战略:最终目标是确保和发达国家“并驾齐驱”,而近期目标是到2015年左右达到西方先进国家80年代的水平。中航工业董事长林左鸣则希望用5年时间在“十二五”期间打一个航空发动机的翻身仗。
   中国军事专家王亚男25日在接受《环球时报》采访时称,乐观估计,5年之内,保守估计10年之内,中国的完全自主知识产权、具有国际先进水平发动机将取得重大突破。最重要的一个军用发动机型号“太行”的一比一样机,已经在珠海航展上亮过相,相信距离量产不会太远了。
  中国航空发动机差距在哪?
  “心脏病”的问题,一直是困扰中国航空工业发展的瓶颈。目前,中国研制的歼-10、歼-20、歼-31以及“枭龙”,都被广泛认为是使用了俄罗斯的AL-31、和RD-93发动机。那么中国发动机和世界水准差在哪里?
高性能航空动力装置研发有“三难”:1.设计难;2.加工组装难;3.材料难。航空发动机零部件工作在高温、高压、高转速条件下,而且要有几千小时的工作寿命,达到很高可靠性,这对设计、加工、及航空材料的要求非常高。中国发动机在上述三个领域都落后于世界先进水平。中国飞机以往大多以仿制和授权生产为主,自制高性能发动机工程经验非常少,发动机研制在设计理论方面就落后于发达国家。在加工制造方面,则受制于整个航空基础工业水平和缺乏高素质工人的限制。例如涡轮盘出现零点几毫米的安装误差,发动机的性能就会降低10%。在材料方面,目前国产最先进“太行”发动机仍未使用国外第三代航空发动机广泛使用的单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘。上述几方面的差距累计起来,直接导致了目前中国航空发动机落后于飞机型号的局面。
  王亚男则认为,在这三大难关之上,还有一个核心问题一直困扰中国航空工业。从建国开始,国产发动机很长时间之内都没有按照发动机研发的科学规律发展,而是发动机一直在追赶飞机型号,而一款发动机的研制周期要比研制飞机长得多,所以我们永远是疲于奔命。直到世纪之交时,才开始重视发动机的预先研究和技术储备,军用的“太行”、大飞机的发动机“长江-1000”都得益于这种思想的转变。
  很多人一直在纠结,为什么中国已经把卫星送上了天,运载火箭的可靠性和运载能力在国际上也数得着,为什么高性能的航空发动机却研制不出来?因为,先进涡扇发动机与火箭发动机相比,研制难度更大。火箭发动机的结构通常要比涡轮风扇发动机结构更为简单,而且大多数情况下是一次性使用,累计寿命也就几分钟。另外,在大众眼中,评价火箭性能优劣的指标无非是可靠性、运载能力和经济性,而只做到这几个指标优秀并不难。这就形成了中国火箭“先进”的印象。实际上,就运用的具体技术而言,中国火箭在世界各国中的地位和航空发动机基本持平。中国目前现役的最先进的“长征-3号”运载火箭采用的液氢液氧发动机,与欧洲的“阿里亚娜-5”、日本的H-2A火箭使用的发动机,在很多技术指标上都有较大差距。而中国正在研制的“长征-5号”运载火箭,国际上同类性能的产品也已出现二三十年了。
  学技术,更要学理念。
  航空发动机从很大程度上决定了一种机型的性能,决定了一支空军的水平,体现一个国家航空工业甚至是整个基础工业的水平。美国在航空发动机核心机基础上研发的LM2500燃气轮机成为西方大多数驱逐舰、护卫舰的动力装置。美国通用电气公司就在GE9核心机的基础上,经过一系列改进,衍生出F101、F404、F110、CMF56等型号发动机,用于满足B-1B战略轰炸机、F/A-18系列舰载战斗机、F-15和F-16战斗机以及众多民航客机的动力需求。王亚男认为,研制核心机已经是国际航空发展的重要趋势之一。中国的“太行”绝对可以看做是一颗中国航空发动机的种子核心机,一旦它发芽开花,必将会百花齐放、争奇斗艳。
  王亚男认为,中国应学习西方军事大国的发动机预研机制,美国的某一型号发动机从立项到生产过程很短,这是因为美国军方和工程方始终在对发动机的材料、总体设计、燃气循环的处理等子领域进行预先研究,五角大楼每年都有很多的发动机预研的立项,每年都要投资,有些项目甚至进行了几十年。这些才是美国发动机持续进步的关键。
中国完全有能力制造出比美国更好的航空发动机。
早在2009年某军刊就已在无形中泄露,中国高推重比涡扇发动机核心机研制成功的消息,其中对推力矢量技术作了业内论证。09年末,北京科技大学新金属材料国家重点实验室表示,具有中国独立自主知识产权的新一代航空航天发动机用材料、高温高性能高铌钛铝合金材料将步入产业化阶段。新型高温高性能高铌钛铝合金可以进一步提高涡扇叶片的耐高温能力,从而允许提高发动机进气口温度,进而增加发动机推力。
现今西方国家使用的耐高温材料为镍基耐高温合金,而中国研制出的新型高温高性能高铌钛铝合金,耐高温密度超过镍基耐高温合金的一半。这一技术将使中国航空、航天发动机材料居世界领先水平。据介绍,高铌钛铝合金的应用开辟了航空、航天、汽车等重要领域的新发展,使现有设备得到突破性发展。更为关键的是,由于高铌钛铝合金密度大约是镍基合金的一半,使用它制造发动机的耐高温部件,可以大大减轻发动机的重量,从而极大提高发动机的推重比。
  去年3月,“中国最为先进军用航空发动机已试制交付2台”。由该公司动控所四室年轻设计团队从研制生产到顺利交付2台目前国内技术最先进、功能最复杂某重点型号航空发动机,中国航空发动机决不会拖中国四代机的后腿。中国四代机J-20首飞的发动机是国产矢量推力发动机,将成为中国四代机提前列装空军的重要保证。相信该型先进航空发动机经J-20试飞已经获得了很大的数据收获。国产矢量推力航空发动机的成功向世界证明中国军工世界一流,并有望在不远的将来与美、英、法、俄争夺新一代航空发动机的桂冠。
&附:关于《飞机飞行试验》&&&
飞机在真实的飞行环境条件下进行的各种试验,简称飞机试飞。飞机试飞的目的是验证理论和地面试验的结果,鉴定设计指标、适航性和使用性能。飞机的设计和地面试验都是在理论假设和非全面模拟条件下进行的,需要通过试飞来验证。
分类:试飞按性质和任务分为研究性试飞、调整试飞、定型试飞、使用试飞、出厂试飞、和验收试飞。
1、研究性试飞:为验证某项基础理论和技术,研究实验室内不能解决的复杂技术问题而进行的试飞,包括用试验研究机的研究试飞和一般试验机的专题试飞。
2、调整试飞:又称发展试飞。通常在调整试飞之前新型发动机和各种机载设备已在定型的飞机上做过试飞,定型后才装上新型飞机。被试飞机从滑跑、预起飞开始,然后进行机动飞行以查明设计缺陷,排除影响飞行的重大故障。
3、定型试飞:又称鉴定试飞。在调整试飞后全面鉴定新型飞机是否达到设计技术指标,考核其飞行性能、可靠性和调整试飞时所采取的各种措施的可行性,决定是否可投入成批生产。
4、使用试飞:在实际使用条件下为投入航线或服役作准备而进行的试飞。其目的在于进一步评定飞机及其装备的使用性能和可靠性,确定飞行员训练要求、地面维护要求和外场保障设备。为使试验具有代表性,通常用10~20架飞机试飞。有时把调整、定型和使用试飞结合进行,以缩短试飞周期。
5、出厂试飞:分为抽查试飞和交货试飞。前者是从批生产中按比例抽出一些飞机作特定科目试飞,以检查这批飞机是否稳定地达到设计指标;后者考核每架飞机的生产质量。一般由制造厂按合同规定进行。
6、验收试飞:使用部门根据合同规定检验飞机和机载装备的性能与质量的试飞,由使用部门派代表到制造厂实施。
成批生产的飞机一般只做出厂试飞和验收试飞。
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