大型飞机发动机的关键技术分析

李仁文

摘 要：大型飞机即总重量达到100 t以上的飞机，类型多样，民用客机、民用大型运输机都属于大型飞机的范畴，随着技术水平的发展，大型飞机技术已经成熟。在大型飞机的应用过程中，发动机技术是核心，直接关乎着飞机的运行效率，大型飞机发动机的制造涉及多种技术，难度大，系统要求精度高。该文主要针对大型飞机发动机的关键技术进行分析。

关键词：大型飞机发动机 关键技术 分析

中图分类号：V235 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0067-02

大型飞机指总重在150 t以上的大型运载类飞机，通常包括军民用大型运输机、150座以上的客户以及其他特种飞机和部分中远程轰炸机。现阶段，大型飞机主要采用大涵道比涡扇发动机作为动力部件。大涵道比涡扇发动机具备大涵道比、模块化、推力大、重量轻的特点。中国由于技术基础相对薄弱，关于大型飞机的关键技术未能实现突破，所以涡扇发动机研制主要集中在小涵道比，大涵道比涡扇发动机的研制与国外先进水平存在较大的差距，该文重点分析大型飞机大涵道比涡扇发动机的关键技术。

1 大型飞机发动机的性能

大飞机就是起飞总量超过100 t的运输类飞机，有军用与民用两类，150座以上客机也属于大飞机的一种类型。大飞机发动机寿命长、可靠性高、成本低廉，在发动机结构方面，有着轻量化、零件整体化的特性，与军用战斗机发动机相比，大飞机发动机有着不同之处。首先，大型飞机发动机安全可靠性高，为了满足飞行安全要求，大飞机发动机普遍应用低涡轮前工作温度以及大核心机尺寸。数据显示，只要可以降低2%的油耗，即可降低1%的运营成本，降低10%的维修费用，可见，可靠性是降低飞机运营成本的主要措施。其次，大型飞机发动机还需要具备超长的寿命，截止到目前为止，最为先进的大型飞机发动机寿命已经达到了40 000 h。此外，為了保证发动机可以具备良好的维修性能，目前普遍采用内置检查无线系统，在减少成本的同时延长了服役时间。对于大飞机发动机的设计，必须要重点关注用户的维修费用与运行费用，关注发动机运行的可靠性、使用性能与气动性能，尽可能减少发动机的保存、采集以及使用费用，这已经成为国内外的一种共识。

2 大型飞机发动机的关键技术

2.1 风扇单元体的重要部件关键技术

大涵道比涡扇发动机与小涵道比涡扇发动机相比，其外形尺寸、结构形式具有很大的差别，其中风扇单元体为典型之一。风扇单元体中的重要部件为大型宽弦空心风扇叶片和风扇机匣包容环。

大型宽弦空心风扇叶片关键技术：大型宽弦空心风扇叶片目前所使用的主要材料为钛合金，具有叶身长、叶弦宽、扭转角大、空心、无凸台等特点。目前大型宽弦空心风扇叶片制造流程为将钛合金毛坯切削加工成两个半叶片，再利用真空扩散工艺将其组合成整体叶片，在真空炉内初步成型，最终通过超塑成形工艺成型。

风扇机匣包容环制关键技术：风扇机匣包容环指在机匣外缠绕的一种或多种复合材料环带，其主要作用为防止断裂的叶片对飞机造成伤害，其特点为重量轻、强度高、包容性好。因此在设计和制造时要尽量采用复合材料。例如GE90发动机包容环使用凯夫拉编制材料，重量可降低50%。

2.2 压气机单元体的关键技术

压气机单元体主要构件为叶片、整体叶盘和薄壁机匣三部分，其中压气机的叶片主要采用钛合金或者是高温合金制成。下文重点介绍整体叶盘和薄壁机匣制造的关键技术。

整体叶盘制造的关键技术：压气机整体叶盘指将叶片和轮盘集成为整体，该结构能够简化发动机结构、减轻重量、降低零件数量同时还提高了发动机的推重比和可靠性。目前各大发动机制造商采用以焊接技术为主导的整体叶盘技术和电加工技术。其中已经成功应用的关键技术有线性摩擦焊接、电子束焊接以及热锻接技术、数控加工技术等。薄壁机匣制造的关键技术，该种技术普遍应用高强阻燃钛合金材料，该种材料结构复杂，加工过程中很容易产生变形的问题，在现阶段的制造水平来看，在加工时容易出现变形问题，一般情况下，可以先应用电解技术，再应用数控铣削技术，达到理想的效果。

2.3 燃烧室制造的关键技术

燃烧室的主要组成部件为浮动壁燃烧室和雾化喷嘴，下面重点介绍这两部分制造的关键技术。浮动壁燃烧室制造的关键技术：浮动壁燃烧室主要采用高温合金为材料，其过程主要为将涂有复合材料涂层、层孔板结构的浮动瓦片连接到火焰筒筒体上。其中关键技术为复合材料的研制，通常使用碳化硅陶瓷基复合材料；冲击气膜冷却技术，用于降低废气的排放量；电火花和激光技术，用于制造火焰筒上的气膜孔；雾化喷嘴制造的关键技术：该种技术也是燃烧室在制造过程中不可获取的重要技术，利用雾化喷嘴，可以促进燃料的充分燃烧，提供燃料的燃烧率，雾化的效果会直接影响燃料能量，减少污染物排放量，是目前节能减排的一项重要举措。在雾化喷嘴的应用上，通常使用气动法，其中的关键就是喷油嘴精密加工，除此之外，微细电火花技术、微细电化学和聚焦等离子等加工技术也十分常见。

2.4 附件系统单元体的关键技术

附件系统单元体主要由传动齿轮和轴承，以及其对应的密封结构所组成。

传动齿轮和轴承制造的关键技术：传动齿轮主要采用高强度钢为材料，要求高强度、高耐磨性，其制造过程中主要涉及到的技术精密插齿技术、齿面耐磨涂层的研制技术。轴承通常采用特种合金钢、陶瓷以及陶瓷增强金属基复合材料，其涉及的关键技术主要有特种加工和精密磨削技术、装配和检测技术等；密封结构的关键技术：密封结构是附件系统单元体中重要组成部分，密封性能的好坏直接影响到发动机的热力实施效果。现今，密封结构主要采用的形式包括篦齿封严、刷丝封严、指尖封严等。密封结构制造所涉及到的技术主要与钎焊技术、装配技术和涂层制备等技术密切关系。

3 结语

文中所分析的各部件的关键技术仅仅是大型飞机发动机研制技术中的一部分，从中可以看出除了新材料的应用以外，大部分都与先进制造和精密制造技术息息相关。中国在研制大型飞机的过程中，除了在新材料开发上下功夫以外，更多的应该在基础制造技术和工艺控制方面加大研究投入，同时再借鉴国外先进成果，相信我国在未来一定能够全面掌握大型飞机的研制技术。

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