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前天談到某型4代發渦扇的綜合技戰術性能提升巨大,更主要的是安全使用壽命直接提高了接近1.5個數量級;甚至被預測有可能超過不具備加力后燃室的民用大口徑渦扇的5萬個小時的終極壽命。那么如此巨大的進步,到底是如何取得的呢?這里面涉及關鍵的材料科學、合理設計以及制造維護經驗的全面提高。其中最核心關鍵的還是材料科學。現代航空大渦扇,一直被稱為大工業的絕對明珠;而軍用大推的性能與壽命,又直接關系到大國的軍力上限水平到底有多高,因此是綜合競爭最為激烈、也是真實國力體現最核心最密集的領域。對任何傳統渦扇來說,無論推力油耗還是安全使用壽命,材料永遠是第一位的。而常規渦扇,核心部件就4套:首先是前風扇與壓氣機,然后是傳動軸與軸承,
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第三是渦輪盤與耐高溫高壓渦輪葉片;第四則是后燃器。這里面航空軸承與后燃器對發動機的綜合性能與壽命的影響相對不明顯。因為只要軸承加工精度合格,并且在滑油充分保證不中斷的情況下,絕大多數航空軸承都有上萬甚至幾萬小時的安全使用壽命;而真正的挑戰其實是風扇與高壓渦輪葉片。而對軍用大推來說,前風扇的技術要求,也不像2米級或者更大直徑的風扇葉片要求那么高端;必須采用鈦合金加芳綸凱夫拉局部增強才能長期過關;而最大口徑也不超過1.3米的軍用大推,一般前風扇采用鈦合金航材即可。真正的挑戰,其實是在渦輪盤,尤其是耐高溫高壓的渦輪葉片上面!這里必須承受整個發動機熱端最熱的環境,而且高速高壓甚至是含雜質的氣流強烈沖擊。比如一般的非加力渦扇,
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其渦輪葉片要常年承受1400度的高溫高壓,也就是1670K左右;而3代大推,渦輪葉片必須要承受1800K以上的高溫高速氣流,也就是溫度已經上升到了1500攝氏度以上;而到了F119這種美國的四代航發,渦輪前溫度已經提高到1950K以上。渦輪前溫度越高,氣流速度就越快,最終產生的速度就更大。但是溫度越高,渦輪盤與渦輪葉片能長期被嚴重燒蝕變形,甚至直接被燒穿燒化的概率就直線提高。而到了2000K以上,已經超過了制造渦輪葉片金屬的固定熔點。而幾乎所有渦噴與渦扇的所謂大修,最要的就是更換或者重塑被高溫高壓燒變形的渦輪葉片。20年前從國外引進的三代鎳基渦輪葉片,最多可以在1900K下承受200個小時;經過國產化提升,翻修時間可以提高到400小時;經過2次翻修,才整機報廢。也就是進口3代大推的全壽命是1200小時;
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這已經比其原產國,最大極限壽命的600小時翻了一番了。但是對比西方主力航發,比如F119與F120的6000到8000小時的全壽命,還是差了5倍以上。而某型4代航發全壽命一步到位提高到5萬小時以上,本質上是采用了2400K的高溫高壓下,都不會被燒蝕變形的超級葉片,而且2400K甚至都不是其耐熱上限,還有很大的潛力可挖!5代變循環與40噸級推力大渦扇的核心機也因此一通百通、真是可喜可賀!
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