我国的航空发动机比美欧的寿命短是什么原因?

清微太上光


显然,全世界范围之内能够独立研发制造生产大推力军用航空发动机的国家并不多,一个手就能数的出来。

同时,中国也是通过十几年的艰苦努力,近些时候才成功的跻身这个行列之中的,虽然起步比较晚水平也比较低,相较于这些欧美军事航空强国,还存在着一定客观的差距,但这么并不掩盖中国领先一些军事航空强国,抢先研制出了第四代重型隐身战斗机歼-20,并开始批量装备自己空军部队的傲人成就。

至于为什么现在中国军事航空工业研发制造生产出的军用航空发动机,整体使用寿命相较于欧美研发出来的同类型的军事航空发动机要短一些的现象。这其中还是有一些,不得不说的原因的。

首先一点就是,中国军事航空工业早些年的老师是苏联军事航空工业。这也导致了,在继承了非常多苏联军事航空工业非常好的优点的同时,也接受了很多落后的研发制造思想。像比如军用航空发动机整体使用寿命不需要太长的,这样类似的落后理念。也在这些理念的影响下,使得现在某些军用航空发动机型号的使用寿命,要比欧美类似研发出来的发动机型号的使用寿命少的多。


其次,也由于起步比较晚再加上各种各样的人为因素或外界的干扰,让中国军事航空工业在早期研发这些军用航空发动机时,比较追求推重比的指标,并不是特别的关心,整体航空发动机的使用寿命。

好在,中国军事航空工业在成功完成了第四代重型隐身战斗机歼-20重大项目之后,已经获得了最够多的经验和能力,也逐步的向目前最高水平的欧美军事航空国家靠齐,力争用最短的时间,让中国军事航空工业的水平能够与这些欧美军事航空强国持平。




航空君


很简单,就是因为原来没钱。

有人总结了很多原因,什么工业基础薄弱、没有自主设计经验、发动机设计单位依附飞机型号,等等,说到最后,都是因为没钱。

航空发动机本来就是一个烧钱的东西,尤其是上个世纪六十、七十年代之后更是如此。比如说美国在1974年交付的F100发动机,在有成熟核心机的基础上,该型号发动机的研制费用依然花掉了4.57亿美元,但是那是五十年前的4.57亿美元,按照黄金换算到当时的币值,大概值现在的120亿美元。这还不用说,刚刚研制出来的F100-PW-100在可靠性上面十分堪忧【如下图所示,图片来源于网络】,甚至于一度导致了美国一线战斗机全部停飞。美国后来花了大力气,用了整整十年时间才实现了该型号发动机的改进,这一改进,投进去的钱可能又是有百亿美元。如果中国哪一个发动机型号可以得到如此之多的科研经费,怕不是做梦都会笑醒了。

在上个世纪八九十年代,美国疯狂砸钱搞航空发动机的时候,中国的航空发动机都已经穷的揭不开锅了,我的导师九十年代的时候刚刚当上大学老师,他手上第一批毕业的学生【他当时是班主任】基本上都去中关村倒腾电脑了,反正一帮刚刚毕业的本科生月收入比他一个搞航空发动机的大学老师高好几倍。

也就是最近几年中国在航空发动机的投入上稍微能够宽裕点儿,算起来,最多也不超过十几年的时间【我记得是我大学本科入学的时候,国家才第一次把发动机放进了五年计划里】,但是即便如此,中国跟国外发动机行业的投入比起来,依然是不足。


而且现在中国在这些传统行业的经费分配制度很有问题,直接体现就是员工工资一直上不去,中国搞发动机研究的一线科研人员,工资都是低到可怕的,就好比我的同学,北航应该在中国发动机领域不是第一也是第二吧?但是博士毕业出去,如果还是从事发动机行业,即便是在北京工作,一年薪水也就是十几万。说实话,也就是其他计算机行业、金融行业本科毕业生的薪资水平,生活都生活不下去了,还怎么搞科研?

最后,我一个从业人员也不好多说什么,只能够期望国家在这方面能够多做一些改进吧。


SilentTurbine


中国有心病,就是发动机技术有待提高。发动机寿命短,直接的使用100个小时,几经曲折目前发展到2000个小时。但是美国最先进的F22发动机F100使用寿命也达到上万小时,目前俄罗斯开发4000~6000小时的发动机;欧盟空客发动机也达到2000小时。为什么我们发动机会出现短命呢?

举个例子,苏联早期国产发动机VK-1开始时寿命仅为100小时,但经过技术改进,几年后寿命就延长到了200小时,增加了一倍。俄罗斯最近这些年,对AL-31F系列发动机不断进行改进,其寿命从800小时到1500小时,现在又延长到了2000小时,俄罗斯计划在苏-57的新型发动机产品30上,将寿命提升到4000~6000小时。

第一,从设计到制造工艺,在到材料研究都远远落后于同一时代。同时加上我们发动机制造工业基础特别薄弱。

从仿制到山寨,从山寨到开发,我们的科研经费也大大限制了我们实验次数,从而延缓了发动机的研发。缺乏厚实的专业技能人才,导致了我们就是按照西方图纸也没有工艺和技术把部件生产出来。

例如:

我们上世纪70年代从英国引进斯贝发动机,但由于航空发动机工业基础非常薄弱,实际上最初是直接全部引进各种材料、毛坯、成品和附件,在英国技术人员的指导下花了几年时间才完成这项工作,当时光航空工业部下属就有74家工厂参与引进承制1096项原材料、大型锻铸件和成品、附件,“斯贝”发动机实际上比起AL-31F落后一代,技术上并不算非常先进,但当时其材料、工艺、制造技术对我们而言,显得极为先进,体现出我们与英国这样的航空发动机强国在发动机最基础的技术上存在极大的差距。实际上后来我们花了20多年时间,才真正实现了斯贝的全面国产化——涡扇9发动机。

第二,主要部件如叶片与轴承的研制,成为我们最为头疼的问题。我们有洛阳轴承集团,也有其他的叶片公司,但是生产耐高温有绝热材料的轴承和耐低温不结冰材料的叶片就成为我们材料工业的瓶颈。

“秦岭”的仿制暴露出我们的短板,“太行”发动机的研制31年也凸显了研制发动机的艰辛。


第四,我们的科研架构不符合发动机研究规律,导致了核心部件的急功近利。

第五,尽管有系统性的投入和长远的规划,但是欧盟有意识的封锁使得我们任务更艰巨。


锦绣中华一捧土


目前影响我国航空发动机寿命的最大短板就是--轴承!

其他领域差距都没有那么夸张,材料领域左盟主早就拿着三代单晶叶片炫耀,制造工艺上3D打印都开始运用,跟西方国家寿命差距不大。但是轴承这块是硬伤,差距太大。

航空发动机主轴滚动轴承是发动机的关键组件,其需要在高温高压苛刻条件下,承受各种应力和压力下,进行每秒钟3000转的高速工作模式,主轴承寿命直接影响航空发动机的整体寿命。而这也正是我们的轴承工作寿命(抗疲劳性)还远不如西方国家,导致航空发动机寿命远不如对方,同时这也是俄罗斯的航空发动机寿命普遍不如欧美的主要原因,因为毛子的轴承技术也不如对手。

美国最大的成功之处就是其在50年代末,预测了发动机主轴轴承的DN值将达到3.0×10^6,工作温度在316度以上,由NASA牵头进行预研计划(那时候的NASA是准备进行阿波罗登月的NASA,拥有20多万科研人员,全球第一黑科技机构),一直到70年代完成,从而整体上提升了美国的航空发动机制造水平。而70年代也是美国航空发动机水平,瞬间拉开苏联10年差距的时期。

而目前,我国的航空发动机轴承领域距离欧美有将近30年的差距。这也导致我国高端制造业领域,也非常依赖进口轴承。比如说高铁,高铁是我国的一张名片,但是之前轴承几乎是100%进口,主要是从瑞典和日本进口。这些年经过不懈努力,开始陆续使用国产轴承,但是250公里以上的车组,重要部位轴承还是依赖进口。

轴承可以说是制造业领域重要的标准件,轴承水平就可以决定制造业水平,这一块领域没有捷径,只有自己不断刻苦攻坚。小小的轴承研发涉及材料、油脂及润滑、制造、设计、轴承制造装备、检测与试验等一系列技术难题,还涉及接触力学、润滑理论、摩擦学、疲劳与破坏、热处理与材料组织等基础研究和交叉学科,绝不是个轻易可以忽视的地方。


五岳掩赤城


研发一款高质量的航空发动机,是现代工业的终极大考,决定发动机寿命的因素主要有叶片机的效率高低,耐高温材料的水平,加工工艺的方式和方法。围绕俄罗斯的AL-31发动机,先简单说说发动机有多复杂,然后再说寿命问题。

俄罗斯的苏27战机曾经使用的是al-31发动机,目前苏27系列战机的发动机大部分都已经升级到了117S。这个117s是al-41的矢量推力升级版,这款发动机寿命大概是3000小时。俄罗斯为苏57研发的最新30发动机,时间可能已达到了6000小时以上。Al-31发动机有13级,低压压气机(风扇)4级,高压压气机9级。发动机里面具体地说,有中介机匣,环形燃烧室,高低压的涡轮,涵道混合器,加力燃烧室,还有收敛扩张状态的喷嘴。这些组成部分之间有刚性连接,也有销钉连接或者电子束焊。高低压的压气机基本全是钛合金,高压是3级可调叶片,环形燃烧室有28个离心喷嘴和两个点火器。电嘴全是半导体,另外还要布置减震器,冷却系统,各种调节片和密封片。复杂的不能再复杂,零部件有几万个,每个部分都很重要。

目前世界上最长寿的发动机可能是美国F22的f119发动机,预期寿命在7000小时。其实关于发动机寿命长短,争议特别大,网上还有说该发动机寿命超过1万小时的,除了发动机本身的问题外,如何使用也是决定其长短的因素,大机动动作会加快发动机的损耗。但有一点可以确定,就是英国罗罗公司和美国军用惠普公司的发动机寿命要超越中俄法一大截。目前全球能独立研制高端军用发动机的,只有英美俄中法。

决定发动机寿命的因素里,最为人熟知的就是叶片,纪录片《大国重器》里有一部分讲到了叶片,但那个叶片不是战斗机的叶片。战斗机的叶片承受的温度更高,技术难度更大,叶片的研究无法通过公式来推敲,或者通过计算机来模拟。只能通过反复试验,对每次试验下来的数据进行总结,好为下次试验定方案。每次试验的费用高的惊人,要经历成千上万次的试验来收集数据。这绝非企业和个人所能承受,只有拿出举国之力才能办成。而且更重要的是,这个技术难以快速取得成效,只能脚踏实地一步一步的走。一位好的美术家从10岁开始画画,到他70-80岁,才能达到一个大境界。同样的,发动机也需要一个国家至少60-70年的打磨,才能取得成功。

发动机里的上万个零件都需要慢慢的试验,材料技术,加工工艺水平,加工的方式技巧都需要不断地积累经验。研发发动机需要运气,更需要坚持。美国和俄罗斯比英国更早的研发垂直起降飞机,但英国却在几年内成功,研发了鹞。美国都不得不买这款飞机,拿来分析研究,但不能说美国就比英国技术积累少。研究发动机只能戒骄戒躁,没有别的办法,什么时候能把零部件都做好了,经过有效的整合后,自然寿命就长了。


兵说


这个世界上能够生产顶级航空发动机的只有英国的罗罗,美国的普惠以及通用三家公司。航空发动机从设计到研发制造,基本上就是几十年不断烧钱、不断失败、不断克服困难、不断技术积累、不断技术创新的过程,脱离这个过程一切研发制造都是耍流氓。也就是说现在哪怕给你一个美国F-22的F119-PW-100型发动机图纸,你也造不出这个发动机,哪怕是手把手的教你如何去造这些零部件,你生产出来的零部件也可能是不合格的。所以国产飞机发动机基本上就不能山寨、模仿,没有几十年的功夫,是不可能吃透一款发动机技术的。

我国从上个世纪70年代引进“贝斯”发动机开始,才算开始真正起步。除了几万、几十万小时的技术积累,其他毫无捷径可走,这就是研制航空发动机的困难之处。一直以来我国都是在仿制俄制发动机,由于当初毛熊根本不把战机发动机的使用寿命当回事,反正战时战斗机就100小时的寿命,基本上不需要再去考虑发动机什么了,所以俄制发动机一开始就100小时寿命,而后慢慢增加到200、800、1500小时,而走了弯路的毛熊显然也把这个毛病带给了我们。

由于我们是仿制毛熊的技术,研发制造能力上比毛熊还差,所以发动机寿命也不长。随着这几年咱们技术的不断发展,总算是快追上毛熊了。但是一样需要大量进口毛熊的战斗机发动机,比如毛熊的AL-31F发动机,大量使用在我国歼-10和歼-11系列上。赶英超美目前于我国航空发动机来说尚不现实,脚踏实地、不要盲目跟风才是关键。


霹雳火军事


迷彩虎军事为您回答。举个例子来说吧,从1987年立项算起,我们的太行发动机也才有31年的历史,何况整个八九十年代期间,国家对于军队的投入还是那么有限,没有足够时间和足够金钱的投入,今天国产发动机的相对不给力也是难以避免的。再说从2005年12月设计定型到目前现在这十多年时间,虽然太行已经在歼10、歼11系列上装备了一些,实际大规模装载飞机的数量还很有限,地面试验再好,真正的上机测试不够,自然也不利于发动机的成熟。发动机通过设计定型意味着其达到了指标考核要求,但是很多小问题、小毛病还是得等到大批量服役并且经过高强度使用后才能发现。这当中又得用很多的钱和时间解决。

再看看美国空军呢,话说那还是50年前的1968年,当时美国的海、空军为了他们的下一代战机计划,已经联合提出了第三代发动机发展计划,要求竞标商在18个月内造出一台验证机,一年多时间美国人就想搞出发动机。怕不是疯了啊,其实人家能定这个目标心中自然是有数的。毕竟当普惠公司在接下F100验证机的活儿的时候,他们手头上已经拥有了相当成熟的JTF22核心机,而这个JTF22已经造了十年之久了。1974年F100发动机终于交付部队了,如果从JTF22开始算,整个项目已经过去了16年。朋友,您可别以为F100发动机的故事就这么结束了。其实美国人关于F100的噩梦才刚开始。

当1968年普惠公司刚刚拿下这个活儿的时候,他们为了能尽快交货,刻意的缩短了整个研发周期,最关键的是把最不该减少的试验时间给砍了不少,这样问题就出现,时间不够、火候自然不行,出事也是迟早的。在随后的使用过程中从钛合金叶片着火、到涡轮叶片断裂、再到发动机加力燃烧室震荡,1974年到1977年三年不到的时间这台发到发动机就出现了223次严重事故,开始那几年F100真就没消停过。再说从1974年到如今,F16已经坠毁了600多架,据传其中1/4的事故都和发动机故障有关。等到时间基本耗够了,钱也砸的多了1987年美国的F100总算没啥大毛病了,而这一年我们的“太行”项目也才刚刚立项,F100这十多年的开发总共花费折合大约要有300多个亿的人民币,而当年中国全年军费加起来也才210亿人民币,就是说一个F100项目就花掉了中国一年军费的1.5倍多。

出问题了再试,不行了再飞,时间不够再耗、钱不够再投。今天美国人的发动机技术全球无人能及,不是美国的技术人员有多聪明、更不是美国的体制有多么优越。完全是美国人在金钱和时间上的不吝啬,才让美国的航空发动机一步一步爬上了世界第一的宝座。我们要想让自己的战鹰拥有可靠的发动机、经费投入不够不可能,时间不够也没希望、不上机测试更不行。

31年的时间,能让我们的涡扇10系列刚刚超过俄国人AL31的水平已经是太不容易了。而美国人呢?如今已经玩起了可以让发动机燃油效率提高25%、飞机的作战航程增加30%的三涵道发动机技术。和美国人比发动机,我们真得还得有太多的路要赶、还缺少太多的金钱要投入。


迷彩虎军事


“秦岭”发动机的仿制和研制之路,一方面让中国航空发动机见识了西方先进的技术和理念,同时也展示出我们与世界水平的巨大差距

首先,工业基础薄弱是主因。我国航空发动机寿命和可靠性的短板,是由中国航空工业薄弱的工业基础所决定的,举个例子,我们上世纪70年代从英国引进斯贝发动机,但由于航空发动机工业基础非常薄弱,实际上最初是直接全部引进各种材料、毛坯、成品和附件,在英国技术人员的指导下花了几年时间才完成这项工作,当时光航空工业部下属就有74家工厂参与引进承制1096项原材料、大型锻铸件和成品、附件,“斯贝”发动机实际上比起AL-31F落后一代,技术上并不算非常先进,但当时其材料、工艺、制造技术对我们而言,显得极为先进,体现出我们与英国这样的航空发动机强国在发动机最基础的技术上存在极大的差距。实际上后来我们花了20多年时间,才真正实现了斯贝的全面国产化——涡扇9发动机。工业基础薄弱,导致材料、工艺、制造都薄弱,这样一来发动机寿命就短,上不去。

其次,一直走仿制路线,缺乏自主研发能力,知其然不知其所以然。我们的航空发动机工业是从仿制学习苏联型号起家的,与苏联一样,我们也得上了“仿制病”,仿制的优势在于可以简化研制流程,提高效率,见效快,但仿制有个大问题,就是不走一趟从开始研发的全流程,因此对别人如何设计发动机,为什么要这样设计发动机知其然不知其所以然,始终掌握不了发动机研制的根本原理和规律。别人自己研发的发动机,知根知底,改起来得心应手;咱们仿制的型号,改动任何一个基础设计都得“慎之又慎”。而大家都知道,发动机寿命是“改出来的”,苏联/俄罗斯和美国发动机,刚出来的时候寿命都不是很高,但是在使用中不断改进,不断采用新材料新工艺新技术,寿命就不断延长。举个例子,苏联早期国产发动机VK-1开始时寿命仅为100小时,但经过技术改进,几年后寿命就延长到了200小时,增加了一倍。俄罗斯最近这些年,对AL-31F系列发动机不断进行改进,其寿命从800小时到1500小时,现在又延长到了2000小时,俄罗斯计划在苏-57的新型发动机产品30上,将寿命提升到4000~6000小时。

除此之外,没有走过一次自主研发的全流程,那么发动机的基础气动理论、基础结构设计等最基本的工作,都做不好,搞国产发动机就成为空谈。所以“太行”发动机重要就重要在这里,虽然它在核心机上一定程度借鉴了外国先进型号的技术和设计,但确实是中国首次从基础设计出发,从头到尾走完了大推力涡扇发动机的研制流程,从中获得的设计、制造、试验技术和经验,其价值难以估量。

第三,发动机配套战斗机的思路有问题。这个毛病其实我们的老师傅苏联也犯过,由于我们的航空工业体制师法苏联,因此我们的问题跟苏联也很相近。在很长一段时期,我们对于发动机的认识,它只不过是战斗机的一个零部件、子系统,航空发动机研制长期从属于战斗机研制,没有独立的地位,重要性没有得到充分的认同和尊重,其科研规律没有得到深入的认识。因此战斗机项目下马,发动机也随之下马;发动机研制不顺利,最终导致战斗机项目歇菜,这种事情在中国航空工业历史上曾多次发生。应对的办法很简单,就是要把发动机独立出来,按照发动机的研制规律和周期去办事,彻底改变发动机配套飞机的老模式,因为航空发动机研制难度本来就比战斗机大得多,研制周期也更长。现在我们做的就比较好,将航空发动机这一项目直接独立出来,成立中国航空发动机集团公司,同时高度重视基础研究,比如将原先隶属中国航空工业集团公司的航空材料研究院整体移交给新成立的中航发集团,这就体现出了对材料这一发动机基础项目的高度重视。

好在我们现在已经意识到了这一问题,国产发动机的寿命也是在稳步提高中,相信中国航空发动机的明天一定会更好。


兵工科技


我国的航空发动机使用寿命问题一直是被其他国家诟病的老大难问题。

为什么寿命短?因为制造工艺,咱们不提那些具体的工艺和数据,用最简单的话来解释一下。航空发动机中最重要、制造难度最大、数量最多的就是叶片,也是决定发动机使用寿命的关键部件。发动机运行时,叶片所处的环境极端恶劣,不仅要承受每分钟上千转的速度,还要耐上千度的高温。



叶片的材质和制造工艺一直是西方国家封锁我国的重点之一。而我国在叶片的制造工艺上还处于刚刚入门,一个合格的叶片要用到多种合金,每种是什么比例,先加哪种,怎样制造……?等等这些不可能通过计算得到答案,而是要经过无数次的试验,反复的调试和长年累月的飞行试验得到的数据来支撑。而这也正是我国缺少的,相比于美俄在航发领域近百年的技术积累我国航发才刚刚从仿制俄制发动机中走出来,缺少太多的原始数据和积累。



目前美国F22战机身上的F119发动机运行时长已经超过1万小时,俄罗斯普遍能够达到3000小时,最新的项目30发动机预计可以达到6000小时。而我国才刚刚够到3000小时的边缘。毫不夸张的说,在使用寿命问题上,至少还需要10年,甚至是更多时间的积累才能够达到美俄的水平。


大宝视频


俗话说不到上海不知道自己多穷,不到北京不知道自己官小。而我国的航空发动机也是如此尴尬,跟欧美航空发动机制造技术相比,确实显得太过于寒酸了一点。


但是对于我们曾经工业基础几乎为零的国家来说,能模仿
出世界上最先进的航空发动机已经实属不易,终于让中国也步入了全世界为数不多的能制造航空发动机的国家行列。当然这与航天人员的辛苦努力是密不可分的,他们的功劳首当其冲、功不可没。
我国对航空发动机制造,是建立在模仿前苏联老大哥的基础上来的,后来苏联国家解体,我们就一直模仿着俄罗斯的航空发动机,自行研制和开发航空发动机技术。我们从最开始几乎连航空发动机工作原理都不懂,只知其然不知其所以然,到如今的''太行''发动机超越俄罗斯同类航空发动机的使用寿命。一路走来的艰辛大家可想而知!
我们的航空发动机之所以使用寿命不长,这也与我们仿效的俄罗斯
航空发动机制造技术有关,俄罗斯航空发动机的使用寿命普遍是欧美航空发动机使用寿命的一半还不到,毕竟我们师承俄罗斯的制造技术,想弯道超车欧美的航空发动机制造技术,那还需要一个挑战航天人创新能力的漫长过程。

据说这个主轴轴承,就是限制我国航空发动机使用寿命的最大短板,相信在我们的锻压技术越来越领先全世界的前景下,在不久的将来,我们就会造出更好的特质材料来对它升级。希望我们的航天工业能早日迎来弯道超车欧美的那一天,我们的航天精英们,辛苦你们啦!