没有高温合金，就没有今天先进的航空发动机 近日，《中国航空报》透露了一条重大消息，中国在先进高温合金领域不断获得重大成果。由于在世界先进发动机研制中，高温合金材料用量已占到发动机总量的 400可以说，没有高温合金，就没有今天先进的航空发动机。所以，高温合金材料也被誉为“先进发动机基石”。 无独有偶，美国军事专家安德鲁·埃里克森和吉伯·柯林斯不久前撰写文章称，目前中国已在航空发动机领域投入了巨大人力和物力，未来三年光投入的资金就达到 3000亿人民币，而且这些努力已经取得了一些重大成果。这两位军事专家认为，中国至少会在2至5年时间内拿出足以为歼-20提供真正五代机性能的强大发 动机，并最终实现大批量生产。 如果真的解决了先进发动机的问题，那么中国航空工业将迎来真正的“井喷”，因为航空发动机是制约中国现代化战斗机装备的最大障碍。 高温合金是一种能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。 其中，镍基单晶高温合金是在等轴晶和定向柱晶高温合金基础上发展起来的一类先进发动机叶片材料。与其他高温合金相比，镍基单晶高温合金具有更为优异的综合 性能，成为高推重比航空发动机的关键材料。据《中国航空报》报道，自20世纪80年代中期研制成功我国第一件单晶空心涡轮叶片以来，中航工业航材院为多种 型号先进航空发动机提供了数万件单晶叶片，某些装配单晶涡轮叶片的发动机已翱翔于蓝天。 此外，粉末高温合金是用粉末冶金工艺制备的高温合金，是制造先进航空发动机涡轮盘不可或缺的关键材料。20世纪80年代，中航工业航材院开始研究粉末高温 合金，经过20多年的发展，研制成功了第二代粉末高温合金，并应用于发动机用涡轮盘及导流盘，而且性能水平达到国际同类合金的A级标准，实现了粉末高温合 金盘件在高推重比航空发动机上的应用缩短了与国外先进技术在该领域的差距。 一些国外专家指出，中国在先进高温合金领域创造出了一批令人瞩目的研究成果，为先进航空发动机的发展奠定了坚实的基础。美国军事专家吉伯·柯林斯称，中国 已经在喷气发动机技术领域取得突破，过去这一直是中国在制造现代战斗机方面的一个弱点。“尤其是中国WS-15发动机研发计划的存在表明，掌握制造本土研 发的F119级别发动机（F-22战机使用）的能力从而为歼-20战斗机提供动力是中国的重中之重”。 美国海军军事学院副教授安德鲁·埃里克森在一份报告中称：“各方面的估计表明，根据中国现有的知识，如果不出现大的波折，并且坚持不懈的话，那么中国需要 两到三年时间来全面掌握先进发动机的技术能力，当然这也与中国在喷气发动机领域的总投入相称”。安德鲁·埃里克森认为，中国目前喷气发动机的技术水平接近 F-15C战斗机使用的普拉特-惠特尼公司生产的F100-PW-100发动机。 吉伯·柯林斯认为，中国飞机发动机工业的一大弱点在于涡轮叶片的制造和流程的标准化。“他们确实很接近PW-100的技术水平。不过麻烦的是一些细节，如 果中国航空业不能完全掌握军用规格质量控制流程，它就很难制造出足够多的高质量发动机，从而真正降低中国对俄罗斯高性能战术飞机喷气发动机的依赖。” 顶级发动机，美英最厉害 在2010至年这三年时间里，沈阳黎明公司已经生产了大约266台“太行”发动机，以保障歼-11系列战斗机的生产。尽管有不少关于中国在先进发动机制造 方面问题重重的报道，而且中国方面自身也承认存在缺陷，但WS-10A型发动机的性能对于苏-27系列战斗机来说并不差，未来该发动机的性能很有可能会进 一步提升。 但是吉伯·柯林斯的观点在美国防务圈引起了争论。美国蒂尔集团公司的分析家理查德·阿布拉菲亚认为，中国要制造出与美国最先进发动机相媲美的战斗机发动 机，需要的时间也许远不止5到10年。“他们与F119/F135/F136技术水平相去甚远。他们必须在材料、设计以及制造方面取得巨大的进步。等他们 走到那一步时，西方又向前跨出了很远”。 然而，美国著名智库列克星敦研究所的武器专家洛伦·汤普森不同意这种看法，他认为中国研制出与“猛禽”采用的F119发动机不相上下的发动机，所需时间可能远比西方分析人士预计得要快。他说：“美国学者和情报分析人士一再低估中国在经济和技术上取得进展的速度”。 洛伦·汤普森认为，如今的中国在在经济上拥有雄厚的实力，所以在航空发动机的研制方面，中国舍得“砸”巨资。作为巩固并提高中国军工实力整体努力的一部 分，以中国航空工业集团公司为首的中国发动机制造商预计近期将投入1000亿人民币发展发动机，到2015年，这种投入可能会提高至1500亿人民币。 据路透社报道称，一些中国航天工业专家预测，在接下来二十年的时间里，北京最终将在发动机领域投入多达3000亿人民币（约490亿美元）。在这种级别的 资金投入下，中国最终将在发动机领域获得重大突破。根据官方数据计算，普惠公司为F-35“闪电II”战机研制F135型发动机（该发动机是世界上最先 进、最强大的发动机）前后共投入了约84亿美元。以此为基础可看出，中国已经投入了可同时维持多款先进性能喷气发动机和大型涡轮发动机研发工作的资金。 目前，中国军事航空工业已经展现了其同时成功处理多个项目的能力--同时研发至少四种不同类型的战斗机和攻击机，其中包括两款隐身战机歼-20和歼-31。除中国之外，没有其他任何一个国家能同时维持着这么多不同的现代化战机项目。 但从理论上说，配备在战机和攻击机之上的喷气发动机，必须能够在严峻的条件下运行，所以面临的挑战也非常巨大。例如，在飞行过程中，喷气发动机的叶片要能 承受高达自身重量20000倍的离心力。人们常常用“冰质调羹勺搅热汤”来形容涡轮叶片在这种环境下面临的挑战。 航空发动机以其复杂性、深奥的技术以及苛刻的性能参数，堪称航空发展中的顶峰。据美国航空问题专家鲁本·约翰逊称，在发动机生产中，必须全部掌握最先进的 合金、粉末冶金、单晶叶片技术。值得注意的是，在五家前苏联大型研究机构中，就有一家致力于材料研究。在俄罗斯的发动机项目中，掌握热障涂层技术是关键一 步。然而，尽管做出了这些努力，但在发动机性能方面，俄罗斯仍然无法媲美英美发动机“三巨头”--即英国的罗尔斯·罗伊斯和美国的通用及普惠公司。相比之 下，俄制发动机仍然相对较重，而且采用的也并非最顶级材料，燃油消耗率也相对较高。而英美顶级喷气发动机比俄制发动机加速能力更强，推力重量比也更高，寿 命较长，可维护性较好。 美国专家称，近年来随着冶金和制造技术的发展，中国在航空领域已经取得了一些进步，系统设计、集成和管理已经成为制约发动机生产的最大薄弱环节。在地面测 试和模拟飞行中，中国发动机面临着叶片弯曲、破坏及其他问题。为了攻克这个难关，中国的军用喷气发动机制造商需要实现一些生产和流程管理突破。 吉伯·柯林斯在文章中透露，目前中国正在学习如何实现WS-10型涡轮发动机的系列化生产，这种发动机正在为其部分歼-10和歼-11/歼-11B战机提 供动力。虽然中国国内媒体报道称，中国目前生产的歼-11B战机全部配备了中国研制的WS-10发动机，但吉伯·柯林斯认为，中国最近的喷气发动机进口数 量证明，解放军的战机仍严重依赖俄罗斯发动机。在中国最现代化的战机和攻击机以及出口至巴基斯坦的JF-17战机中，由中国研制的发动机提供动力的仅占 20 美国国际战略评估中心的文章称，从2007年起中国开始出现新的歼-11B型单座版多用途战斗机，一批该型战斗机采用的是俄罗斯AL-31F型发动机，但 后续生产的该型战斗机都采用了沈阳黎明公司生产的WS-10A“太行”发动机。根据年珠海航展上的消息人士透露，这种发动机的最大推力为12.5吨，比 AL-31F发动机略低。重要的是，WS-10A的安全使用时间（两次全面检修之间的使用时间）为300小时，相比之下，AL-31F的安全使用时间为 500小时。 据消息人士估计，在2010至年这三年时间里，沈阳黎明公司已经生产了大约266台“太行”发动机，以保障歼-11系列战斗机的生产。尽管有不少关于中国 在先进发动机制造方面问题重重的报道，而且中国方面自身也承认存在缺陷，但WS-10A型发动机的性能对于苏-27系列战斗机来说并不差，未来该发动机的 性能很有可能会进一步提升。有消息称，截止到年，沈飞已经生产了66架歼-11B型战斗机，且配备中国国产的雷达、航电和武器系统。紧随其后，从2010 年开始生产的双座型歼-11BS战斗机也配备了WS-10A型发动机，以及与歼-11B同样的航电系统。 到年，中国可能生产了12架歼-15战斗机，都采用WS-10A型发动机，2013年预计将再生产8架歼-15战斗机。年11月3日，第一架双座版歼 -15BS型战斗机（同样采用WS-10A型发动机）首次曝光，很有可能最初被定位为专用的航母舰载教练机，或者还有可能被发展成航母舰载机中队里专用攻 击型或电子支援型战机。 国际战略评估中心的文章透露，到2020年，国产歼-11B型战斗机的总生产数量可能达到260多架，再加上大部分仍然服役的歼-11A型和苏-30型战 斗机，那么由沈飞生产的各种歼-11系列战斗机和苏-30战斗机的总数将达到约430架。歼-16和歼-15战斗机在加装了有源相控阵雷达，未来安装更强 劲的WS-10A改进型发动机之后，预计将能够达到4代半战斗机的水平。 另外，虽然歼-31的原型验证机可能采用的是俄罗斯的RD-93型涡轮风扇发动机，推力为8.3吨，但是在2008年珠海航展上，中国一家发动机公司就披露了一款推理达到9.5吨的涡轮风扇发动机模型，而且具有矢量技术。 这种发动机可能是WS-13型涡轮风扇发动机的后继改进项目，以俄罗斯RD-33/RD-93发动机为基础。该发动机的发展状态可能比推力为15吨的WS-15型发动机更好，据称WS-15发动机主要是为歼-20战斗机而发展的。 中国至少会在2至5年时间内对足以为歼-20提供真正五代机性能的强大发动机实现系列化生产。但是，中国目前还无力生产其未来国产大型运输机或加油机所需的大型高涵道比涡扇发动机。 关键词：先进高温合金 |
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