航空发动机关键制造技术现状及趋势分析.docx

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Summary:现时期,我国的航空发动机关键技术正趋于智能化、集成化、虚拟化、柔性化、网络化和自动化方向发展。航空发动机是飞机系统中较重要的功能性构件,这种构件的制造技术对于整体飞机的性能提高具有非常重要的促进性作用。为此结合这一情况,本文重点对航空发动机关键制造技术的现状及发展趋势进行了详细的分析,首先对航空发动机关键制造技术现状进行了详细的分析,之后在此基础上又对航空发动机关键制造技术的发展趋势进行了深入的探究,望通过对这些内容的分析可以为我国航空领域的发展提供一定的参考。
Keys:航空发动机;关键制造技术;现状;发展趋势
伴随我国综合实力的不断增强,航空制造技术在最近几年也获得了较大的发展。然而在现时期国际大环境下,其它各国的航空制造技术同样也在快速发展,如此使我国的航空发展压力越来越大。在此形势下,我国对航空发动机制
造技术重视度在逐渐提升。航空发动机大多使用的是大涵道比涡扇发动机,这种类型的发动机基本采用的材料主要有钛合金、复合金和单晶合金等一些耐高温的轻质材料。


①钛合金风扇叶片。大型宽弦空心风扇叶片基本都是由钛合金材料制作而成,具备空心、扭转大、无凸台、叶弦宽、叶身长等特点,长期以来都是航空发动机制造厂探究和发展的主要内容。
②复合材料风扇叶片。在上个世纪的六十年代时期,CE认证公司(以下简称CE)便试着在TF39发动机上应用碳纤维强树脂复合材料,然而却并未顺利通过鸟撞这一试验。之后还陆续的在QCSEE、F103等类型的飞机上进行试用。一直到上个世纪的九十年代时,CE成功的研发出复合材料飞机风扇叶片,同时大量的投入生产,并同时大量的应用于CE90等机型的发动机上。此类叶片应用的是高强轻质的碳纤维复合材料,如此很大程度降低叶片重量[1]。,,这样能够有效实现降重增效的功能。这种复合材料形式的风扇叶片所使用的是预浸料手工铺层工艺。
为了有效处理好因铺层工艺叶片层强度不足而造成的外物冲击最终所产生的分层问题。CE在叶片的前后端添加了钛合金金属边,同时连接叶片本体。此技术良好的增强复合材料叶片的抗击性,现时期,全部投入商业经营的GE90发动机的复合材料风扇叶片功效非常好,仅出现了少数叶片更换事件,这有效的证明复合材料的风扇叶片其具备良好的安全性。

全复合材料的风扇机匣在上个世纪的九十年代便已开始研发。由于复合材料的叶片碎片会更加碎小,所以一定要保证复合材料的风扇包容机匣更具包容性。

采用整体的叶盘结构能够让发动机的结构实现简单化,并且还可以降低结构质量及减少零件数量,提升发动机可靠性和推重比。

现时期,国际上较先进的机匣加工技术有电化学加工、电火花加工、高效数控加工技术等。机匣制造正朝着复合材料与大型薄壁机匣加工技术层面发展。从国外的机匣制造技术的实际发展可以看出,除一些常用的整体精密铸造与整体精密轧环的两项技术以外,虚拟制造、数字化制造、制造资源集成高速切削等技术也正以最快的速度在不断发展[2]。

如想提升航空发动机与工业燃气轮机热效率,便需提升涡轮的进气温度。。单晶超合金具备良好的热阴性,现已被应用于商业航空用的燃气喷气发动机涡轮叶片的生产制造中,主要是用来提升燃气温度。
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高压涡***因为受工作环境和工作温度的影响,及盘心到盘端温度、受力和转速情况等因素的阻碍,需要涡***材料一定要具备优良的综合力学功能。
粉末高温合金具备无宏观偏板、成分均匀、组织均匀、晶料小和力学性能佳、热加工性能良好的特点,所用温度能够达到700oC——750oC。最近几年,又发展了可以应用在更高温度并且高强度的损伤容限型的三代粉末高温合金或是双性能的粉末高温合金涡***制造技术。在构建中,关键技术主要包含快速凝固粉末冶金技术和高效复合数控加工技术。

在航空发动机关键零部件性能提升中,涂层技术起到了非常重要的效用。现时期,各航空发动机生产商都已构建了较良好的涂层技术体系。尽管涂层材料与工艺都存在一定的区别,然而却都包括耐磨涂层、腐蚀/抗氧化涂层、易磨封严涂层、热障涂层、干膜润滑剂、尺寸修复涂层等类型的涂层。

国外的很多先进发动机基本都是基于上部的天线运输系统或是使用地井的方式来完成整体装配的,由此促进在不同装配情况下升降有序性与状态可调性。现时期我国常用垂直翻转车的方式与立柱装配的方式来实施装配的,这种操作法效率非常有限。因此需在高精度定位与位置传感技术前提下,研发大部件对接装配平台,这种方法可有效提升发动机精密装配技术效果
[3]。
除此之外,我国的航空发动机同心度评估法主要是分别测量转及静子的同心度法,以此间接性的构建发动机转静子间同心度评估连系,然而此法的精准性并不理想。因此在冷态情况下整机同心度检测法受到较大的重视,现已在国外一些发达国家的航空发动机制造中获得良好应用。因思考发动机本身主轴承
间隙所产生的相应影响,我国的一些型号现还没有实施相应的检测,因此在发动机整机情况下完成同心度检测和评估是未来航空发动机关键制造技术需优化和创新的重要方向。

①需不断开发新材料和新结构,由此为航空发动机在延长使用寿命、减重、低成本投入、多功能等方面的需求得以有效实现提供帮助;大力开发高温合金、功能性材料、工程陶瓷、各类先进的复合材料等;开发新型式的整机结构、耐高温涡轮转、大扭矩等全新的构件关键制造技术;发展经济并且高效的复合材料成形固化工艺、无模块高效成形技术、无余量金属成形技术等经济、高效性新技术;开发提升生产系统及时响应制造技术及智能工艺仿真技术和控制技术[4]。
②利用信息化技术来不断优化以往的航空发动机关键制造技术,以促进其能够更高效的与现代化、集成化和信息化技术需求相匹配。另一方面,高效促进现代化生产管理技术的不断发展,保证航空发动机关键制造模式逐渐向集成化、网络化、信息化、智能化、全球化方向发展。
③构建系统化商用航空发动机整机供应商管理体系,以此保证航空发动机的使用寿命及安全性。具体可采取以下几方面来实施管控:首先,依据市场化方式来对供应商实施管理,让其不断的发展成与市场需求相符的合作伙伴;其次,对工艺质量加强管控,重视细节和过程的管控;再次,构建零部件相应审批流程,依据层次来分别对供应商的工艺资质、资格、首件加工件进行审批;最后,直接对重要零部件实施审批。

总体来说,现时期我国的航空发动机制造技术正趋于智能化、集成化、虚拟化、柔性化、网络化和自动化方向发展。航空发动机关键制造技术的高效应用,降低人为失误率和人工干预,良好的突破技术瓶颈问题。并且为我国的航空发动机发展创设稳固的技术基础,以此使制造流程实现自动化和规范化,在提升生产效率的同时还可提高产品质量,因此一定会对我国航空发动机产业的未来发展提供助力作用。
Reference
[1][J].能源研究与管理,2018,(4):89-91
[2][J].内燃机与配件,2018,(22):250-251.
[3]李志强,李晶,[J].国防设计与研究15制造技术,2011,(5):13-16.
[4][J].燃气涡轮试验与研究,2013,(3):1-5.
 
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