尾部"噴火"不斷 發動機工作溫度高達2000℃ 葉片材料是關鍵


尾部

"噴火"的戰機尾噴口

作為飛機最重要的部分,發動機一直都是人們津津樂道的對象之一。現代航空發動機工作時,內部溫度可以達到2000℃,然而鋼鐵的熔點僅在1538℃左右,看起來只有使用自然界最耐高溫的純金屬材料——鎢這種熔點高達3400℃的金屬,才能達到發動機的耐熱要求,可是鎢的生產非常困難,並且價格高昂,儲量也不多,顯然無法成為製造發動機的主要材料。這就讓很多人都有了一個疑問:"發動機是怎樣保證自己不被高溫熔化的呢?"

尾部

航空發動機結構解剖圖

渦扇發動機從進氣口吸入空氣,經壓氣機處理的空氣和霧化燃油混合後被點燃,形成高溫高壓燃氣,燃氣推動高中低三級渦輪做功,並且由於渦輪和壓氣機共軸的原因,又可以驅動進氣道和壓氣機工作,這樣就形成了一個完整而穩定的循環系統,既能為戰機提供穩定的動力來源,又能保證發動機自身不易停機。

尾部

兩名觸摸發動機尾噴的軍人,可見由於良好的材料性能,尾噴部分溫度並不高

從渦扇發動機的工作過程中不難看出,發動機內部能產生高溫的區域並不多,事實上也確實如此,發動機內部達到2000℃高溫的區域一般只是燃燒室,這也就不需要整個發動機都用鎢及其合金來打造。然而另很多人想不到的是,就連燃燒室,也不是用鎢及其合金材料打造的。

尾部

航空發動機葉片

人類目前已經擁有了非常成熟的合金材料技術,不僅可以通過在燃燒室表面進行陶瓷鍍膜處理來達到散熱的目的,更擁有像單晶空心葉片一樣的技術來保證在燃燒室內工作或者需要承受高溫高壓燃氣的構件擁有了優秀的耐熱性和穩定性。不過發動機葉片的生產製造有著非常嚴格的工業標準,要求整個渦輪的質量均勻分佈,並且內部葉片內部的空心情況也有著細緻入微的規定。也正是因為這些條件的限制,世界上能夠獨立製造航空發動機乃至生產五代機的國家並不多。

尾部

世界上最大的稀土礦區——內蒙古白雲鄂博礦區

航空發動機生產中不僅僅需要像鋼鐵一樣的普通材料,有時也需要稀土元素。稀土元素常常用在發動機葉片鍍膜或成型工藝上,是非常關鍵的材料之一,好在國內目前擁有世界上最大的稀土礦區,物質上並不制約航空發動機的發展。像WS-10、WS-15這樣性能優秀的渦扇發動機正在逐步列裝部隊。

尾部

正在更換髮動機的F/A-18大黃蜂艦載機

值得一提的是,目前美軍使用的航空發動機壽命都在4000小時以上,並且發動機性能都遠超其他國家。但是一方面美國在發動機設計和材料選取等方面相較其他國家都擁有更雄厚的財力支持,另一方面美軍在役飛機數量眾多,通過大量的數據堆疊積累了豐富的經驗,其中更是摸索出通過更換髮動機來保證戰機持續飛行能力的獨特思路,在航空發動機上的差距,還要慢慢追趕。


分享到:


相關文章: