航空发动机是飞机的心脏,被誉为现代工业“皇冠上的明珠”和“工业之花”。航空发动机不仅是飞机的动力,也是航空技术发展的动力,人类在航空领域的每一次重大突破,无不与航空动力技术的进步相关;飞机的需求和发展又促使发动机向更高水平迈进,二者相得益彰。航空发动机行业的发展水平是一个国家工业基础、科技水平和综合国力的集中体现,也是国家安全和大国地位的重要战略保障。作为一种典型技术密集型产品,航空发动机需要在高温、高压、高转速和高负载的特殊环境中长期反复工作,其对设计、加工及制造能力都有极高要求,因此具有研制周期长,技术难度大,米乐M6(MiLe)亚洲官方网站- 赔率最高在线投注平台(访问: hash.cyou 领取999USDT)耗费资金多等特点。目前虽然许多国家都可以自主研制生产飞机,但具备独立研制航空发动机能力并形成产业规模的国家却只有美、俄、英、法、中等少数几个。
活塞式航空发动机是一种往复式内燃机,通过带动螺旋桨高速转动而产生推力。为满足功率要求,活塞发动机一般由多气缸组合构成,多个缸体同时工作带动曲轴和螺旋桨转动以产生足够动力。1903-1945年,活塞式发动机作为飞机的动力装置,占据了统治地位。在两次世界大战的需求牵引下,活塞发动机不断改进完善,得到迅速发展,达到其技术的顶峰。战后随着涡轮喷气、涡轮螺桨和涡轮风扇发动机的发展,活塞发动机逐渐退出了大中型飞机领域,其被取代的主要原因:①飞行速度限制,活塞发动机外形阻力大,螺旋桨高速旋转时效率低;②工作原理限制,活塞式发动机中进气、加压、燃烧和排气四个工作阶段是通过活塞在一个气缸的往复运动分时依次进行的,每个汽缸能发出的功率受到工质温度的限制,随着功率增大,活塞发动机汽缸数增多,重量急剧增加,功重比严重降低。
西方发达国家积极推进和实施各种研究计划。美国空军航空推进实验室于1959年向国防部提出燃气发生器计划。1965年该计划正式命名为“先进涡轮发动机燃气发生器计划”(ATEGG),开启了“核心机衍生发展”之路,ATEGG计划自启动以来已经发展了9代核心机。同时展开的联合技术验证发动机(JTDE)计划将ATEGG计划获得的核心机与其它先进低压部件组合成技术验证发动机,在真实的发动机环境中评估核心机和低压部件技术。20世纪80年代到本世纪初,美国相继提出IHPTET(综合高性能涡轮发动机计划,1987~2005,原来的ATEGG、JTDE被并入该计划)、VAATE(先进涡轮发动机计划,2003~2017)等预研项目,分别投入50亿和42亿美元。以英国为主的西欧也有与美国IHPTET计划相类似的计划——军用发动机先进技术综合验证计划ACME(Advanced Core Military Engine)和英法合作军用发动机技术计划AMET(Advanced Military Engine Technology);俄罗斯虽然经济条件有限,但其技术的发展仍可与美、英、法等国相匹敌。
美国是公认的当今航空发动机技术最为先进的国家,但美国的航空发动机也是以引进英国发动机技术起家的。美国通过政府主导的”调控”式竞争推动航空技术进步,从1984年到1989年,美国空军每年都要将F-16发动机的订单在普惠和通用之间进行分配,每年的份额都有所不同,这导致两家公司每年的激烈竞争。但如果把6年间的总份额累计来看,两家公司基本上是平分秋色。作为竞争的统筹规划者,美国军方在研发和采购过程中并未由于竞争的存在而节约多少资金,但通过对竞争的有效统筹,美国空军从更优秀的厂商那里获得了性能更优、更为可靠且维护性更好的喷气发动机。从上世纪八十年代至今,美国凭借其在发动机遥遥领先的技术和地位,成为全球航空大国和军事大国。
国外CMC在航空发动机的应用层面已逐渐打开,呈现出从低温向高温、从冷端向热端部件、从静子向转子的发展趋势。短期应用目标为:尾喷管、火焰稳定器、涡轮罩环等;中期应用目标为:低压涡轮叶片、燃烧室、内锥体等;远期应用目标为:高压涡轮叶片、高压压气机和导向叶片等。CMC在国外已成功应用于多款发动机型号并实现工程化生产,将成为航空发动机制造的主流趋势,市场空间巨大。国内CMC增强纤维材料研制单位有:厦门大学、国防科技大学;并且均通过产-学-研形成以下纤维供应商:火炬电子、苏州赛菲及宁波众兴新材。国防科大是国内最早研制SiC纤维的单位,已形成SiC纤维体系化的发展格局,综合性能达到或接近国外同类产品水平;厦门大学特种陶瓷先进材料实验室从2002年底开始研发SiC纤维,目前已经制得连续SiC纤维。
我国空军起步晚、底子薄,老旧机型比例高,代际差距严重,运输机、轰炸机、直升机等短板明显。2015年首次将空军定位为战略军种,空军建设由“国土防御”向“空天一体、攻防兼备”的战略转变,成为了新装备加速发展和列装的主要驱动力。2018年11月11日,我国空军公布了建设强大的现代化空军路线年基本跨入战略空军门槛,初步搭建起“空天一体、攻防兼备”战略空军架构,构建以四代装备为骨干、三代装备为主体的武器装备体系,不断增强基于信息系统的体系作战能力;到2035年初步建成现代化战略空军,具备更高层次的战略能力。在新时期战略空军建设目标下,由“防”转“攻”,将信息化作为发展方向和战略重点,大力发展先进战斗机、战略运输机/轰炸机,提高纵深攻击能力、远程投送/打击能力和立体攻防能力,弥补代际差,尽快实现代际换装,提高信息化、自动化程度。
运输机:运-20列装,战略运输机取得长足进步。大型运输机、加油机、预警机和战略轰炸机等大飞机是战略空军的基石,相比美俄等军事强国,我国大型运输机/加油机/预警机列装极为有限,远程隐形轰炸机更是空白,打造战略空军任重而道远。运-20是中国自主研发的新一代重型军用运输机,已列装部队,将成为我军重要的一款运输机型,根据world Air forces 数据,美国运输机数量最多达945架,俄罗斯居第二为424架,印度第三为250架,中国为224架,位于第四。大型运输机方面,我国伊尔-76和运20分别为22和7架,共计29架。美军C17为222架,俄罗斯伊尔76和伊尔78共计110架。我军同美军有200余架的差距,我们预计米乐M6(MiLe)亚洲官方网站- 赔率最高在线投注平台,运-20将迎来快速列装部署,基于运-20平台的预警机、加油机项目也将不断推进。