航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片 (包括渦輪工作葉片和導(dǎo)向葉片)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中承受溫度載荷最劇烈和工作環(huán)境最惡劣的部件之一 ,在高達(dá)1500攝氏度的高溫下要承受很大、很復(fù)雜的應(yīng)力 , 又要保持上萬轉(zhuǎn)的高速運(yùn)動(dòng),因而對(duì)其材料的要求極為苛刻 。同時(shí),渦輪葉片具有品種多、數(shù)量大、設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)等特點(diǎn),它的設(shè)計(jì)、制造工作量約占整機(jī)制造工作量的三分之一。
因此,如何質(zhì)優(yōu)、高效地設(shè)計(jì)出葉片,對(duì)于提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短研制周期,都具有重要意義。自上世紀(jì)20世紀(jì)四五十年代以來,中國(guó)航空工業(yè)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片用材料,國(guó)內(nèi)都投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究,研制出了不同的系列滿足了航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的需求
我國(guó)在渦輪葉片材料加工技術(shù)上面臨著巨大落差但實(shí)際上,我國(guó)在渦輪葉片材料加工技術(shù)上面臨著巨大落差,無論從生產(chǎn)制備工藝水平,還是材料的理論研究和檢測(cè)試驗(yàn)斗魚美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、英國(guó)等發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)國(guó)相差甚遠(yuǎn),要想趕上他們的發(fā)動(dòng)機(jī),重點(diǎn)就在材料!核心就是材料技術(shù)的突破。自1957年,我國(guó)成功研制出第1種渦輪葉片材料GH4033開始,我國(guó)在渦輪葉片的高溫合金技術(shù)就一直落后歐美近30年至40年的差距,比如當(dāng)前美國(guó)第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)開始第三代(CMSX-10)、第四代單晶材料(EPM-102)。
中國(guó)稀土資源分布圖但我國(guó)直到2015年才開始使用第二代單晶材料,差距由此可見毫不夸張的講,中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)落后其實(shí)就是發(fā)動(dòng)機(jī)材料技術(shù)的落后。軍事專家雷澤先生告訴記者,現(xiàn)代高溫合金具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能、良好的疲勞性能和斷裂韌性等綜合性能,已成為當(dāng)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、渦輪盤等高溫部件的關(guān)鍵材料。
F-22中也必須用到稀土資源比如美國(guó)的F-22戰(zhàn)斗機(jī)使用的F-119第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用高溫合金中,以稀土材料為主的粉末渦輪盤高溫合金和單晶高溫合金的應(yīng)用量已經(jīng)高達(dá)50%,所以中國(guó)要想在航空發(fā)動(dòng)機(jī)逆襲美國(guó),如何研制以鎳、錸、鉬、鈷基高溫合金已經(jīng)成為中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵問題。不過,雖然我國(guó)的稀土儲(chǔ)量位居世界第一名,出口總量達(dá)到世界的近90% ,但是實(shí)際上稀土相關(guān)金屬儲(chǔ)量卻比較貧瘠,尤其是在制造高端航空發(fā)動(dòng)機(jī)最不可少的鎳、錸、鉬、鈷基高溫合金領(lǐng)域長(zhǎng)期受制于人。雖然中國(guó)擁有世界上鈷材料的70%儲(chǔ)量份額,但中國(guó)工業(yè)高速發(fā)展對(duì)鈷材料這種稀土貴金屬的需求量很大,但實(shí)際上中國(guó)近年來一直在海外尋找這種金屬,比如世界上儲(chǔ)量比較大的澳大利亞、玻利維亞、贊比亞和剛果等國(guó)家。
但長(zhǎng)期以來,由于鈷、鎳、錸、鉬等稀土金屬的開采和銷售都被西方發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷,這些材料的定價(jià)和銷售中國(guó)參與不要,也說不上話,所以中國(guó)企業(yè)已經(jīng)開始在海外自己找礦開采,例如中國(guó)洛陽鉬業(yè)收購了剛果(金)最大的銅鈷礦,該礦擁有大約300萬噸鈷礦,可以供中國(guó)使用50年。此外中國(guó)五礦集團(tuán)還在收購美洲礦業(yè)公司,來開采南美的稀土材料礦業(yè)??梢哉f,中國(guó)企業(yè)積極參與海外礦產(chǎn)資源已經(jīng)開始打破西方的壟斷,為中國(guó)發(fā)展第三代單晶技術(shù)和現(xiàn)代高溫合金奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2015年6月和11月,英國(guó)媒體連續(xù)報(bào)道了中國(guó)兩款全新中等推力軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的研制進(jìn)展,據(jù)外國(guó)媒體稱,中國(guó)在2008你那開始研制一種以RD-93發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)的反向測(cè)繪發(fā)動(dòng)機(jī)——WS-13“泰山”,該發(fā)動(dòng)機(jī)的推力比俄制的RD-93更大,達(dá)到8.9至9噸之間。目前,該發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)裝備梟龍戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行試飛,2016年將成為JF-17B雙座型梟龍戰(zhàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī),該發(fā)動(dòng)機(jī)將在2018年開始逐漸替換俄制發(fā)動(dòng)機(jī)。
此外,中國(guó)還在研制被稱為WS-17的全新中等推力發(fā)動(dòng)機(jī),它結(jié)合了已經(jīng)下馬的WS-12“天山”發(fā)動(dòng)機(jī)和某型核心機(jī)技術(shù),其推力達(dá)到9.5至10噸級(jí),已經(jīng)接近美國(guó)F-18戰(zhàn)斗機(jī)使用的F-414系列發(fā)動(dòng)機(jī)水平,據(jù)英國(guó)媒體宣稱,這種發(fā)動(dòng)機(jī)是中國(guó)目前正在推進(jìn)的四種高性能軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目之一,未來該型發(fā)動(dòng)機(jī)還將用于裝備FC-31“鶻鷹”戰(zhàn)斗機(jī)或未來中國(guó)第二代艦載戰(zhàn)斗機(jī)。軍事專家雷澤先生告訴記者,目前中國(guó)正在推進(jìn)的這四款新型發(fā)動(dòng)機(jī)包括,WS-15大推力軍用發(fā)動(dòng)機(jī),主要用于殲-20戰(zhàn)斗機(jī),該發(fā)動(dòng)機(jī)即將裝機(jī)試飛。第二種為WS-10改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī),主要裝備殲-10B和殲-11D戰(zhàn)斗機(jī),第三種為WS-20發(fā)動(dòng)機(jī),主要用于運(yùn)-20運(yùn)輸機(jī),已經(jīng)裝機(jī)試飛,最后是WS-13/17發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于梟龍和鶻鷹,也就是說,幾乎每個(gè)級(jí)別的飛機(jī),我國(guó)都有對(duì)應(yīng)的國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃,中國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)和大型飛機(jī)將在未來5年內(nèi)集中實(shí)現(xiàn)國(guó)機(jī)用國(guó)發(fā)。
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