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德国工业4.0也渴求中国智造,中国航空引擎让德国也羡慕
作者: 毅品文 2018-01-22 13:55 【qihoo】

近日据德国《柏林消息》报道称来自中国西安的代表到达德国与其商讨转让发动机制造技术等有关事宜。据称此次德国希望引进我国的涡轮叶片技术,这应该是德国第一次向中国提出引进航空涡扇发动机的高端制造工艺。众所周知德国的精密加工能力很强大,比如德国是极少数掌握了军舰柴燃联合动力CODAG技术的国家,德国油纸包零件的梗一度将其推上神坛,不过德国的航空则是一曲悲歌。

(我国高端工业产品生产技术被德国认可不容易)

二战时德国发明的众多新式装备的确引领了世界航空史的潮流,德国Jumo 004喷气发动机使Me-262喷气战斗机对盟军战机产生了明显的优势。德国研制的世界第一款弹道导弹V-2多次轰击英国伦敦造成了较大的威慑作用导致战后美国违背雅尔塔会议的条款抢在苏联前面将百枚导弹及相关设备运出巴伐利亚。英美苏法等强国对在德国工作的技术人才疯抢对其航空业造成了致命打击,就连法国都用诚意请到了发动机大师赫尔曼奥斯特里希。

(德国研制的梭子鱼无人机不顺利被迫放弃转而购买美国的全球鹰)

(台风战机EJ200发动机大部分是英国罗尔斯-罗伊斯公司的功劳,劳斯莱斯的冠名权被宝马公司购买了,两者虽然名字一样但业务天差地别)

据称德国想引进的是中国航空发动机的涡轮叶片,这是航空发动机核心机的研制难点的一部分。核心机包括压气机、燃烧室和涡轮三大部件。我国的航空动力专家江和甫曾带领团队攻克了高压压气机技术,这是航空发动机最关键且最复杂的技术。在涡轮技术方面,按照布雷顿循环机理除了提高压气机的增压比以外还能在等熵膨胀及等压放热阶段进行技术攻关,也就是努力提高发动机的涡轮前温度。

(气膜降温)

提高发动机的涡轮前温度需要掌握耐高温材料、冷却、涂层及发动机的整体设计技术。美制F-100、欧洲RB199及俄制AL-31F发动机的涡轮前温度能达到1700K,其推重比达到7.5-8一级。F-22使用的F-119发动机其涡轮前温度为1973K,F-35的F-135发动机涡轮前温度为1807-1950K,后者推力更强但其高速性下降不少。中国的涡扇-10A发动机的涡轮前温度达到1747K,其涡轮叶片在生产时换成了DD6镍基单晶涡轮叶片,这是北京航空材料研究所研发的第二代单晶高温合金。粉末合金高压涡轮盘技术使涡扇-10A发动机具备较高的损伤容限其持久的耐高温特点对军用发动机来说大有裨益。最近我国的成都航宇超合金技术有限公司利用稀土元素铼研制的单晶涡轮叶片属于第五代高温合金材料,美国F-22的F-119发动机采用的Lamilloy合金属于第三代单晶合金!不过金属铼造价高,中国能否将其大批量投产有待观察。未来发动机的涡轮前温度达到2300K的话航空煤油必须要加入其他物资形成新的合成燃料。

(新的持久耐高温材料是航空发动机制造技术的一种重要手段)

工作状态中的高压涡轮转速能达到1.5万/分的转速,巨大的离心力再加上燃烧室高温燃气冲刷会使叶片上的气流更复杂。看似平整的涡轮叶片表面实际上要被挖许多微孔,利用叶片内的湍流和叶片表面的层流气膜来给叶片内外降温(上世纪90年代的技术能使涡轮前温度达到1204-1537K,21世纪则发展到1537-1760K)。极为复杂的流场非常考验流体力学计算,CFM公司的LEAP发动机能根据工况自动调节气流的大小,我国的超级计算机凭借复杂数值运算的优势经过反复的分析也获得了宝贵的经验。

(美国洛克希德-马丁公司的L1011大型客机因为发动机不顺利导致项目很失败,飞机很不安全,英美军火巨头和巨头都受到很大伤害)

(我国的航空发动机降温技术)

(我国稀土元素铼研制的单晶涡轮叶片属于第五代高温合金材料)

2014年欧洲宇航EADS公司改成空客公司,这家行业巨头虽然以法德轴心且其股份比例一致,但在航空方面德国已经丧失了自主研制能力几乎拿不住像样的自主产品。法国的发动机技术虽然不及美国通用电气、普拉特惠特尼和英国罗尔斯-罗伊斯公司,但其赛峰集团旗下的斯奈克玛借助当初美国GE夺取欧洲市场的契机与其联合组建了CFM公司也赚得盆钵满钵。

(成都航宇超合金技术有限公司的涡轮叶片产品技术不弱于美国,其第五代金属铼部件超过美国F-22发动机的第三代单晶叶片,但我国发动机的整体水平还需提高。目前只有英美法俄中具备了涡扇发动机研发能力)

德国西门子虽然有燃机业务却不用镍基高温合金,没有大量航空器需求牵引再加上研发一款高性能发动机研制周期长风险大等原因德国在此领域没有建树也很正常。当初英国罗尔斯-罗伊斯为美国洛克希德-马丁公司的L1011大型客机研制RB211发动机时陷入了财政困局,1971年英国政府对其救助才使其避免了破产的噩运。如今的世界第一军火巨头当年的大客机业务也完全失去,世界顶级行业巨头都差点倒闭你说这得有多险!如今中国发动机技术被德国看中,证明我国技术人员孜孜以求的精神获得硕果,《中国制造2025》制造强国的目标一定能实现!


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