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推重比15!中国航空发动机技术真的可以实现超越吗?

9月2日,中国航空航天发动机先进制造论坛在沈阳开幕。本届论坛上云集了众多航空发动机技术方面的顶级专家,包括科学院院士、空军工程大学教授、航空推进理论与工程专家、动力机械研究所相关专家等。

本次论坛上尤为值得一提的是,相关人员的演讲确认了中国正在研发第五代航空发动机,而这种发动机的推比高达15。从数值上看,这一指标堪称“变态”,与目前世界各国的主流航空发动机相比有着非常大的代际差异。目前主要的小涵道比涡扇发动机(主要用于战斗机)中,推重比最高的为俄罗斯的Al-41F,预计可以达到11,然而该型发动机迄今没有完成设计;已经量产使用的型号中推重比最高的是配装在F-22上的F119,可达到10.2左右;而以F119的核心机为基础研发的、供F-35使用的F135,则能够达到10;“台风”战斗机所采用的EJ200推重比也能达到10一级,但该型发动机属于中等推力发动机,设计和制造难度较低;再其次是苏-35S采用的的117S,可达到9.1;而“阵风”所采用M88-3,能够达到8.9左右;歼-10和歼-11所采用的涡扇-10“太行”改进型,大约在7.5到8。从上述指标不难看出,预研中的第五代发动机推重比已经达到“太行”的两倍,即使和F119这种目前唯一成熟的第四代涡扇发动机相比推重比指标也能达到其1.5倍,在研制上的难度之大可想而知。

根据专家的说法,下一代航空发动机实现性能飞跃的关键在于采用陶瓷基复合材料制造的涡轮桨叶。所谓陶瓷基复合材料,指的是将氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷基体与高性能纤维相结合而成的一种新材料。采用这种设计的原因,在于高温陶瓷材料虽然耐高温、强度和刚度、抗腐蚀性等指标较好,但脆性过高,受力时会产生裂纹,严重时会导致断裂。因此,需要使用强度和弹性较好的纤维材料陶瓷材料结合以提高韧性、防止裂纹的产生。

专家表示目前涡扇-10B和涡扇-15发动机喷口部分的补件采用了陶瓷基复合材料,但涡轮叶片尚未采用过这种材料。王鸣副所长声称,涡扇-10B与涡扇-15采用的陶瓷基复合材料部件寿命已进行了500小时连续工作试验,尽管整体表现尚可但仍然有氧化现象发生,特别是部分碳化硅材料更加突出。考虑到新型发动机的涡轮桨叶在工况上的条件要求比目前的尾喷口部件更高,因此可以确定新型发动机距离设计定型尚需时日。

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责任编辑: 鲁达

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