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太行給我們帶來了什麼?zt
送交者: 一劍破天 2013年02月27日21:22:32 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  在一些人看來爛的一B,推比一般,質量還不好

  但是,他確實是TG高性能渦扇發動機突破的關鍵一役

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  看看太行的研製過程給TG帶來了什麼:

  我國發動機以前一直難以突破的不僅技術基礎和技術儲備薄弱,工程試驗經驗積累不足,試驗設備、加工設備缺乏,而且材料和工藝相對落後。經過研製太行,我們在材料,製造工藝,和質量管理體系建設上都獲得了突破。

  材料上,超高溫鎳鋁合金、鈦合金及其相應的特種陶瓷在50年堅持不懈努力後,獲得完美突破。例如師昌緒院士的國家科技一等獎就是一個例子。

  質量管理體繫上,形成了自己獨有的研發、製造和試飛質量管理流程和體系。例如在管理體繫上,太行研製採取分段開發策略,先驗證機後原型機,這是中國航空發動機史上是第一次,此舉規避了項目研製中大的風險。

  在製造工藝上,更是全面突破,超過俄羅斯,接近美國。例如精鑄空心葉片工藝(包括葉身無餘量葉片精鍛件和定向及單晶合金空心葉片精鑄件工藝),渦輪進口溫度提高了450℃,這項工藝是決定高推重比發動機所能達到最高性能水平的關鍵技術,而且能大幅度減輕渦扇發動機重量,降低製造成本,提高推重比,獲得突破。目前我們定向空心葉片精鑄件,鈦合金葉片精鍛件,單晶合金葉片精鑄件,鈦合金精鑄機匣都可批量生產,目前我們的工藝可以使精密鍛、鑄件減輕重量20%和降低成本30%左右。

  此外也突破了多向模鍛、真空熱處理、表面鍍鎘鈦和噴丸及孔擠壓強化處理等工藝,提高了渦扇發動機使用壽命和可靠性。

  上述突破中,單晶空心葉片精鑄、粉末高溫合金渦輪盤超塑性鍛造、噴射沉積成形和隔熱塗層技術工藝突破是最關鍵的。

  而熱等靜壓和超塑性鍛造,粉末高溫合金和液態金屬快速冷卻軋制,非晶態材料生產,鈦合金鍛造用玻璃潤滑劑生產,鑄造用型芯和殼體材料及塗料等生產工藝突破更是使我們具備了研製更高水平渦扇發動機的技術儲備。

  此外摩擦焊接、熱等靜壓和液相擴散焊等熱加工技術分別與整體渦輪轉子、整體葉盤結構和大型夾芯結構風扇葉片及對開葉片等新結構同步突破。

  在上述基礎上,目前正在進行研究的工作包括雙合金整體葉盤結構(單晶葉片和粉末盤)熱等靜壓複合成形技術;超純淨高溫合金渦輪盤噴射成形技術;鋁基複合材料構件噴射成形技術溫度;2000--2100K的高效冷卻單晶葉片製造技術(包括複雜結構葉片精密鑄造技術、抗高溫型芯和殼體材料及其精密製備技術及塗料技術、配套的電子束物理氣相沉積技術);鈦合金機匣葉片整體結構件精鑄技術;高溫合金機匣精鑄技術;鋁合金唇口及附件殼體等大型結構件精鑄技術;大型薄壁高強蠟型和殼型製造技術及塗料技術;鑄造過程的數值模擬技術;粉末高溫合金盤件噴射成型盤坯技術;以及特種焊接技術(包括單晶、NiAl、TiAl、C/C複合材料、Ti基複合材料、陶瓷結構件及異種材料構件真空釺焊技術)等。

  另外最近連續梯度結構新型隔熱塗層技術(可將隔熱效果提高至100~200℃);渦輪葉片內腔冷卻通道循環氣相滲工藝、鎳鋁金屬間化合物構件高溫防護塗層技術等也在陸續突破。

  上面羅列一推名詞,到底價值是什麼呢?舉例來講,我們突破的整體葉盤結構工藝,是美國的先進戰鬥機(ATF)計劃的核心技術,例如F414發動機採用了共5級的整體葉盤。根據美國國防部的高性能渦輪發動機技術(IHPTET)的第3階段計劃,到2020年,戰鬥機上安裝的發動機渦輪都將採用整體葉盤結構。

  整體葉盤結構的剛性好,平衡精度高。它提高了結構的氣動效率,省去了連接用的榫頭和榫槽,避免了榫槽損傷等潛在的故障,從而使整台發動機推重比得到顯著提高。

  而我們整體葉盤製造採用的主要工藝是最先進的五坐標數控銑削加工整體葉盤(與美國一樣)。整體葉盤毛坯一般採用高強度難加工材料(例如(α+β)雙相熱強鈦合金,具有良好的高溫強度、耐腐蝕性、斷裂韌性、熱穩定性和蠕變性能),不允許有裂紋和缺陷,葉片薄、扭曲度大、葉展長、受力易變形,而且由於葉片間的通道深而窄、開敞性很差,材料切除率很高。

  我們在高精度五坐標機床、五軸聯動編程技術、刀具技術等發麵獲得突破(關鍵技術包括葉盤通道與刀軸矢量的控制、刀具軌跡設計及光順處理、通道的高效粗加工技術、葉片型面的精確加工技術、加工變形控制和葉片與刀具減振技術等)。

  再舉一個例子,那就是渦扇發動機葉片的激光衝擊強化工藝(這個工藝是利用高峰值功率密度(>109W/cm2)的激光作用於金屬靶材表面的吸收層,產生高壓(>1GPa)等離子體,該等離子體受到約束層的約束時產生衝擊波使金屬材表層就產生塑性變形,獲得表面殘餘壓應力。由於其強化原理類似噴丸,因此也稱作激光噴丸)。

  渦扇發動機葉片在轉子高速旋轉帶動及強氣流的沖刷下,承受着拉伸、彎曲和振動等多種載荷,特別是位於進氣端的壓氣機葉片或前風扇葉片,被隨氣流進來的異物撞擊後很易破壞使發動機失效以至釀成事故。葉片遭受異物撞擊後,在葉片的前、後緣局部形成缺口、形變或裂紋,造成應力集中或直接成為破壞源,直接威脅葉片的安全使用壽命。航空發動機葉片採用噴丸處理後可以延遲裂紋的萌生,提高葉片的使用壽命。

  美國在1995年研究了鈦合金風扇葉片對異物破壞的敏感性,發現經過激光衝擊強化的F101葉片即使有異物損傷缺口,其疲勞強度接近甚至超過沒有破壞也沒有經過任1997年開始激光衝擊強化鈦合金葉片,2004年開始F119發動機整體葉盤的強化,目前累計強化葉片十萬片以上,提高葉片壽命5--6倍。目前美國在F110、F101、F404的風扇葉片、葉盤都普遍採用 。

  我國在採用整體葉盤加工後,發現儘管整體葉盤具有減重、減級、增效、高可靠性的優點,但整體葉盤結構複雜,通道窄、葉片薄,彎扭大,無論是機械加工還是表面強化難度都很大,必須進行激光強化,現在已經突破了風扇整體葉盤激光衝擊強化工藝,強化後噴丸的葉片高頻振動疲勞壽命提高20倍,制出系列激光衝擊強化設備達到國際先進水平,並開始出口GE。

  太行好事多磨,不但研製出一款渦扇發動機,更重要的是積累了一大批下一代渦扇發動機需要的工藝和技術,以及有經驗和專業配套的渦扇發動機開發隊伍,這才是未來的希望。

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