大型飞机运输机发动机的发展现状及其关键技术探析

摘 要： 对军民用大涵道比涡扇发动机的现状及关键技术进行了探析，从大涵道比窝发动机的发展现状、现阶段发展存在的问题等方面，对我国大涵道比窝发动机的发展水平做了分析。发展我国大涵道比涡扇发动机应该从关键技术着手，并在国际合作、材料工艺试验条件建设等方面作出全面的努力。

关键词： 军民用；大涵道比涡扇发动机；发展现状；关键技术；措施途径

1我国大涵道比涡扇发动机发展现状与存在问题

1.1大涵道比涡扇发动机发展现状

发动机是飞机的核心构件，大型飞机自主研发领域主要以大涵道比涡扇发动机为主[1]，攻克发动机研发难关就等于成功拥有了研发大型飞机自主能力。据可靠数据显示，世界范围内大涵道比涡扇发动机产值已经占到发动机总产值的80%，这证明了大涵道比涡扇发动机在航空领域的重要地位。为使我国的航空动力产业和航空工业与世界接轨，就必须将发展大涵道比涡扇发动机作为重点，发展自身完整、独立、高端的发动机技术。未来大涵道比涡扇发动机需求将更为广阔，专家预测，在未来20年中，我国将新增2750台大型飞机的使用，大涵道比涡扇发动机具有显著的社会、经济、军事效益，其用途广泛、市场前景巨大，对推动我国国防建设、经济发展和社会的进步具有重大作用。

1.2大涵道比涡扇发动机发展存在问题

我国的航空动力技术正处在飞速发展的阶段，目前已经取得了一些显著的成绩，共研制了六万多台包括数十种不同型号的航空发动机，装备了几十种军民用飞机，使得我国航空事业和空军装备建设取得了重大进步。而在针对大型飞机的大涵道比涡扇发动机研发方面，主要是对风扇/增压级、高压压气机等核心技术进行了重点研究，同时在航空推进技术验证计划的帮助下，增设了以定型的太行发动机核心机为基础的大涵道比涡扇发动机整机验证平台，虽然较之前有所进步，但相对于世界先进技术水平仍然存在很大差距，现阶段的技术基础相对薄弱，尚未能掌握核心的关键技术，部分实验设备本身存在缺陷，工程设计和使用经验不足，在大型飞机的大涵道比涡扇发动机研发方面较为困难。

2大涵道比涡扇发动机关键技术

2.1主要设计关键技术

军民用大涵道比涡扇发动机在总体、部件、系统、整机、仿真等方面主要技术基本相同，只在经济性、环保和寿命方面存在差异，故可将二者的关键技术统一进行研究。这些技术要素主要包括：大涵道比发动机总体方案设计技术（含飞发一体化和经济性分析）；民用发动机适航技术；高效高级压比压气机设计技术；大涵道比风扇/增压级设计技术；高性能长寿命高、低压涡轮设计技术；发动机短舱及反推力装置设计技术；低排放、长寿命燃烧室设计技术；验证机设计技术；核心机设计技术[2]；大涵道比涡扇发动机数控系统设计技术[3]；整机/部件综合数值仿真技术；长寿命、高可靠性和可维护性设计技术；低噪声设计技术；故障诊断和监控技术；轴承和传动润滑系统设计技术；涡轮主动间隙控制技术；辅助动力装置（APU）设计技术。

2.2材料、工艺技术

大涵道比涡扇发动机主要采用现有成熟材料和工艺，但在部分关键零部件（如大型风扇叶片、机匣等）的制造上仍有其特殊要求，需要进行攻关，采用更多的新材料和新工艺，才能达到设计要求。军民用大涵道比涡扇发动机研制中需要攻关的主要材料工艺项目包括：大型宽弦风扇空心叶片（钦合金或复合材料）制造技术；大型钦合金中介机匣铸造、焊接和制造技术；复合材料包容环制造技术；风扇盘圆弧型桦槽加工技术；钦合金整体叶盘/叶环制造及修复技术；三维弯扭多联组合涡轮导向叶片精铸技术；高温钦合金材料工程化与制造工艺；

镍基高温合金整体叶盘低成本制造技术；定向凝固带冠大展弦比低压涡轮叶片精铸技术；低成本燃烧室机匣整体铸造技术；风扇机匣涂层本机加工技术；风扇转子和发动机本机平衡技术；火焰筒浮动壁材料与制造技术；涡轮导叶低成本材料、铸造以及打孔工艺；高压涡轮动叶及导叶用涂层及其涂覆工艺；单晶涡轮叶片低成本材料、铸造以及打孔工艺；粉末轮盘制粉、锻造工艺以及缺陷检测。

2.3试验、测试技术

大涵道比涡扇发动机相较于军用小涵道比涡扇发动机有所不同，因其在流量、推力、尺寸方面相应加大，故要求相应的技术和实验设备共同完善，除此之外，由于大涵道比涡扇发动机、尤其是民用大涵道比涡扇发动机，需要达到适航条例中的严格的适航标准才可使用，因此需要提前进行反复多次的特殊适航试验，如包容试验、吞咽试验、环境试验等，故在进行相关缺门实验设备的同时，还需针对特殊试验展开相应的研究，制定科学的试样方法和规范，保证大涵道比涡扇发动机所需的特殊试验技术符合条件，主要内容包括：整机试验与调试技术；发动机反推力试车技术；发动机投鸟试验技术；发动机侧风、逆风试验技术；发动机吞水、吞冰、吞砂试验技术；风扇叶片包容试验技术；发动机噪声场测量技术；整机和部件寿命和可靠性试验技术。

3关键技术解决策略

3.1军用大涵道比涡扇发动机

军用大涵道比涡扇发动机的发展经过了型号验证机研制、原型机研制和科研试飞、定型批研制和设计定型、生产定型及批量使用几个阶段的充分发展，已经取得了一定成效，继承性较高，具备了定型发动机的核心机、滑油系统和控制系统的部分附件，可降低研制成本、缩短研制周期，研制风险小。

3.2民用大涵道比涡扇发动机

在解决民用大涵道比涡扇发动机关键技术研究问题时，需制定充分的研究计划，积极开展国际间的技术合作，展开部件/系统/核心机/验证机的积极研制，提高自主创新能力，早日攻破关键技术，夯实發动机领域的技术研发基础。同时在验证机的基础努力推进，结合现有的科学技术力量，积极研发出具有本国特色并符合标准适航条件的民用大涵道比涡扇发动机。专注发动机领域的总体方案设计和部件设计、加工和试验、核心机和验证机的工程设计、加工和试验验证。 在满足发动机高空台性能的基础上，按照干线客机的技术要求，进行原型机的开发研制，并使得研制的机型符合生产使用和适航标准。

3.3积极开展国际合作

我国航空动力行业正处于发展阶段，尤其在大涵道比涡扇发动机领域，技术力量更加薄弱，尚存很多技术难点无法攻破，由于缺乏研发经验，工艺、材料落后，试样设备不齐全以及缺乏高水平技术人才等原因，导致先进大涵道比涡扇发动机无法在短期内研发完成。要想解决这些问题，航空科研部门必须积极进行创新，夯实技术基础，充分加强与国际间的交流合作，提升自身的科研能力水平。

3.4加强材料、工艺、试验等基础条件建设。

大涵道比涡扇发动机的研发跟应用的材料以及相关工艺有着直接的关联，对此需及早解决并突破现状。大涵道比涡扇发动机的研制过程需要采取特殊的加工和试验方法，对此需要在当前的条件下，及时进行技术和设备的配套完善，这些技术设备包括：环境试车台、2号高空舱、野外试车台、快速反应科研试制力量等。

4结论

发展我国航空事业是党和国家的重要方针政策。大型飞机作为航空动力产业的关键组成，需要得到各个科研机构的充分重视，尤其是在大涵道比涡扇发动机的研发领域，要不断攻克技术难关，积极进行技术的自主创新，采取更加先进的技术设备，不断推进大型飞机的研制开发，使得我国的航空航天工程能够取得更大的进步，早日与国际接轨。

参考文献

[1]黄国平，梁德旺，何志强. 大型飞机辅助动力装置与微型涡轮发动机技术特点对比[J]. 航空动力学报，2008（02）：383-388.

[2]曹春晓. 一代材料技术，一代大型飞机[J]. 航空学报，2008（03）：701-706.

[3]盖宇春，朱伟东，柯映林. 大型飞机总装配中支撑点设计分析技术[J]. 浙江大学学报（工学版），2013，47（12）：2176-2183.