形象一點(diǎn)說,大家應(yīng)該都看過壯漢用喉嚨頂著鋼槍推動汽車的表演,渦扇發(fā)動機(jī)也大概如此,只是壯漢推汽車是慢慢挪動,而渦扇發(fā)動機(jī)要推動飛機(jī)以2倍音速飛行,各部件要承受住異常嚴(yán)酷的高溫高壓考驗(yàn)。
另外,一臺用于超音速戰(zhàn)機(jī)的渦扇發(fā)動機(jī)直徑一般僅1米左右、長度4米左右。以AL-31為例,這么小的一個(gè)圓筒狀物體,要塞進(jìn)4級風(fēng)扇、9級壓氣機(jī)、2級渦輪、可收斂-擴(kuò)張噴管、燃燒室、加力燃燒室,還要在之間安排冷卻空氣通道,周圍安裝燃油控制系統(tǒng)等。所以,設(shè)計(jì)、制造一臺高性能的渦扇發(fā)動機(jī),可謂"螺螄殼里做道場",難度極大。
在世界范圍內(nèi),掌握一流水平渦扇發(fā)動機(jī)制造技術(shù)的僅有英國羅·羅、美國普惠和通用3家公司,俄法兩國都屬于二流,這是一個(gè)真正的壟斷行業(yè)。
專業(yè)一點(diǎn)地描述,渦扇發(fā)動機(jī)要達(dá)到更大推力、更低的油耗,首要的是提高增壓比、提高熱效率,渦輪前溫度是衡量熱效率的一個(gè)重要指標(biāo)。
例如第三代蘇27的AL-31發(fā)動機(jī)的渦輪前溫度是1665K,而第四代F-22的F-119發(fā)動機(jī)將這個(gè)指標(biāo)提高到了1977K;AL-31的渦輪前溫度尚在普通鋼材熔點(diǎn)之下,但F-119的已超出約200度。要在這樣高的溫度下正常工作,F(xiàn)-119的渦輪采用了第三代單晶空心葉片。
具體什么是單晶空心葉片,在此很難展開描述,只能說一片面積僅幾平方厘米的葉片具有大量自*由曲面、復(fù)雜的內(nèi)腔(用于進(jìn)氣冷卻),還要控制合金晶體生產(chǎn)連續(xù)一致,這需要極高超的精密鑄造工藝。俄羅斯、中國至今尚未或是剛展開單晶空心渦輪葉片的工業(yè)化制造。(不過我們在這方面有好消息:中國突破發(fā)動機(jī)單晶葉片核心技術(shù) 打破壟斷)
令美帝驕傲的F119 F22標(biāo)配動力
而發(fā)動機(jī)要提高推力與自身重量之比,還要將壓氣機(jī)和渦輪造得更輕巧。壓氣機(jī)和渦輪的傳統(tǒng)制造工藝是將葉片以榫頭、榫槽鎖緊的方式連接在葉盤上,但西方先進(jìn)發(fā)動機(jī)已開始采用整體葉盤。即用電子束焊接等方法將單晶空心精鑄葉片固定在葉盤上,重量可比傳統(tǒng)工藝制造的降低30%。整體葉盤的制造工藝有10多種,但除了上述的美英3家航發(fā)巨頭,其它國家也還未能應(yīng)用于批量生產(chǎn)。