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主题:谈谈心脏病 -- 晨枫

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  • 家园 谈谈心脏病

    近些年来,中国在军用飞机、舰船、车辆坦克的研制方面取得了世界瞩目的进展。但在称赞之后,总是要拖上一句:要是发动机的问题也解决了就好了。要挑刺也一样,发动机是最现成的目标。发动机问题已经成为中国军事装备发展的心脏病,航空发动机尤其突出,对于民用飞机也一样。

    有说法认为,航空发动机是工业技术的王冠,是最高端大气上档次的技术领域,这并不夸张。航空发动机的工作条件严苛,可靠性要求出奇地高,同时要求轻小,易于维修。这些要求是互相矛盾的,但又是必须满足的。说起来,战斗机发动机和民航客机发动机有所不同。战斗机发动机更加追求绝对性能和轻小,在拓展工作参数方面更加极端;民航发动机则更加强调可靠性、经济性和耐用性,在核心发动机技术方面反而不那么激进。先进工业国家常常在制造业整体萎缩的情况下,依然试图保护航空发动机工业,英国就是典型的例子。曾经的第一造船大国如今需要用中国三一的起重机建造下一代航母;劳斯莱斯、宾利、阿斯顿马丁、捷豹、路虎等顶级汽车品牌统统改姓;如果不是因为当年BAe已经涉足太深,自费坚持,英国如今在空客里也没有一席之地。但罗尔斯罗伊斯(其实和劳斯莱斯是同一个词,不同译名是习惯问题)发动机至今依然是世界三大之一。

    罗尔斯罗伊斯并不是英国最老牌的航空发动机制造厂家,但二战时代的“默林”V12发动机可算是那个时代最优秀的航空发动机之一,美国P-51“野马”战斗机也是在换装“默林”后才成为一代名机的。二战期间,英国和德国同时研发喷气发动机,德国抢先投入使用,但英国是盟国中唯一在战争结束前把喷气式战斗机投入使用的国家,罗尔斯罗伊斯发动机功不可没。战后,罗尔斯罗伊斯“尼恩”不仅使米格-15成为朝鲜天空的翘楚,还通过格鲁曼F9F“黑豹”使美国海军走入喷气时代。实际上,美国第一架喷气式飞机贝尔P-59的发动机也是英国技术,那是通用电气基于英国惠特尔W1制造的。但是罗尔斯罗伊斯正在走入困境,尤其是战斗机发动机。不是因为罗尔斯罗伊斯已经丧失了技术优势,而是因为丧失了发展的底气。

    需求是成功之母。60年代之后,除了“隼”式教练机改装的伪战斗机外,英国再也没有独立研发过一种战斗机,所有英国参与的新型战斗机(或者更加广义的战术飞机)都是多国合作的结果。“美洲豹”是英法合作的,“狂风”是英德意合作的,“台风”是英德意西合作的。应该说,这些飞机的设计还是英国主导的,之所以合作研制而不是单干,主要原因不在于技术力量上的互补,更在于看中合作伙伴的需求作为基本市场的作用,更重要的是合作伙伴的出资。战斗机这样的大项目在本质上依赖“东道国”的军方订单,如果本国需求不足,就只有拉上合作伙伴一起建立基本需求,出口顶多只能起到补贴作用,离能够形成良性资金循环还差距很远。

    但是老欧洲经济发展缓慢,社会福利开支反而增长迅速,加上安全环境改善,导致军事需求低迷。在可预见的将来,即使拉上合作伙伴,英国也无力启动下一代战斗机的研发。在2020年前后“台风”战斗机停产后,英国就将没有有人战斗机的研发和生产。这是历史上的第一次。

    在这样的大背景下,罗尔斯罗伊斯的处境十分微妙。在“狂风”和“台风”时代,罗尔斯罗伊斯的战斗机发动机研发已经步入慢车道。RB199和EJ200在技术水平上都达到同时代的先进水平,但毕竟是中推力的。量变引起质变,不涉足大推力发动机的研制,就与美国的普拉特惠特尼或通用电气不能处于同一技术高度。现在连下一代中推力战斗机发动机都没有了,罗尔斯罗伊斯自然很是担忧。欧洲正在进行无人作战飞机的前期研究,但在可预见的将来,这些都是高亚音速的,对发动机的要求不超过现有技术能力,而且离量产化还遥遥无期。罗尔斯罗伊斯试图通过和通用电气的技术合作,联合研发F-35的第二备选发动机F136。在F-15、F-16年代,普拉特惠特尼F100发动机是划时代的突破,但也饱经发展中的阵痛。美国空军指使通用动力平行研发F110,最终导致“发动机大战”,不仅促使两家降低成本、提高质量和性能、改善售后服务,还维持了坚实的战斗机发动机工业基础。在F-35时代,再来一次“发动机大战”可以达到同样的目的。问题是美国的国力不如80年代了,F-35的成本控制压力也实在太大。平行研制F136的好处要很多年后才能体会到,而且在很大程度是并非可以保证实现的预期好处,但巨额开销却是眼下就要付出。在当前严峻的预算压力下,这是不可承受之重。白宫和美国国防部一次又一次地“枪毙”了F136的研发,甚至在国会强力压力下依然坚持决定,F136最后被迫下马。但美国空军正在推动下一代战斗机发动机的研发,从涡扇的双流道增加到三流道,同时解决了很多发动机热工、进气道整合和机载系统散热的问题。罗尔斯罗伊斯本来是列入名单的,但在最后关头被排除,而由本来对三流道并不热心的普拉特惠特尼填入。美国对于肥水不留外人田还是很清楚的。这最后堵死了罗尔斯罗伊斯继续跻身战斗机发动机世界第一梯队的希望。

    罗尔斯罗伊斯当然可能用公司资金自己维持研发,但这种研发不仅超过了公司的财力,也缺乏现实的回报,单靠公司实力实际上不可能维持有意义的前沿技术研发。英国政府甚至其他欧洲盟国也可能鼎力相助,但在缺乏明确的战斗机研发前景的情况下,这样的政府资助也名不正言不顺,很难在严峻预算环境下生存。罗尔斯罗伊斯会就此退出战斗机发动机世界第一梯队吗?现在断言还为时过早,但这已经成为一个现实的可能性了。

    罗尔斯罗伊斯的民航发动机依然是世界三大之一,有可能依赖民航发动机领域依然长期保持世界三大之一吗?这是有可能的,但变数很多。在历史上,民航发动机的核心发动机经常来自于战斗机发动机,战斗机发动机技术停滞了,民航发动机要继续可持续地大幅度进步,这有相当的难度。民航发动机有与战斗机发动机不同的地方,比如说,超高涵道比涡扇的超大尺寸先进风扇与战斗机发动机的低涵道比涡扇的风扇有截然不同的要求和技术特点,但涡轮前温度越高越好,压气机压缩比越高越好,这是一样的。普拉特惠特尼或者通用电气的超高涡轮前温度技术在战斗机发动机研发中得到军方补贴,罗尔斯罗伊斯就只能自己消化了。罗尔斯罗伊斯引以为傲的三转子技术性能先进,但结构复杂,成本和可靠性都受影响。普拉特惠特尼改弦易张,采用齿轮减速风扇,实现了相当于三转子的热工效率,但结构大为简化,而齿轮减速风扇技术与F-35B驱动升力风扇的传动、减速机构有相通之处。不仅如此,普拉特惠特尼或者通用电气的相关研发在可靠性与经济性要求相对不苛刻的军用订单中已经开始回收投资,并得到宝贵的渐进改进经验,而罗尔斯罗伊斯就要忍受漫长得多的无效益研发和验证阶段,对长期竞争力的影响不言而喻。

    如果说需求是成功之母的话,综合国力就是成功之父。需求和综合国力有关系,但两者又不等同。比如说,印度有很强的需求,但综合国力不足以支持高投入可持续的研发,所以很多先进武器系统的研制纷纷陷入困难。另一方面,日本的综合国力要强得多,但由于国策关系,军事装备需求不足,所以军工研发长期保持在低水平,花拳绣脚的名堂不少,但实战性能使人眼睛一亮的不多。在历史上,美国是需求和综合国力兼优的典型例子,先进军事装备的研制和生产一直保持高水平。苏联的需求旺盛,但综合国力是靠扭曲经济结构和牺牲民生来勉强维持的,到维持不下去的时候,就轰然倒塌了。法国和英国的情况差不多,军事技术先进地位的慢性退化在可预见的将来不可避免。德国的情况和日本有相似之处,但由于国策关系,德国并不热衷于在军事技术方面大有作为,只是在部分领域选择性地投入。有意思的是,德国的坦克装甲车辆技术世界领先,现在涉足近程空空导弹,也可圈可点。德国的这些军工产品不仅有德国需求作为基本市场,还有北约和其他盟国。换句话说,德国的情况实际上是高需求和高综合国力,但只是局限在部分领域。

    对中国而言,需求很高,这是不言而喻的。中国的安全环境十分复杂,国防现代化的欠账更多,高需求是很自然的。外国以军费增长率来质疑中国国防过高投入是没有道理的。中国没有条件通过外购实现国防现代化,只有自力更生,进一步推高了整个供应链的需求。另一方面,中国经济继续高速增长,综合国力随之增长。中国GDP增长率比前些年有所下降,但依然远远高于任何发达国家或者规模相似的经济体,即使发展中国家几十年保持中国这样增长率的也绝无仅有。中国经济已经达到世界第二,超过美国而成为世界第一也已经不是一个可能性的问题,而是一个时间问题。中国国防预算已经超过英国、法国和德国的总和,在可预见的将来可能超过英法德日的总和。另一方面,军工技术是一个研发-制造-使用-升级-下一代研发的循环,每一个环节都需要足够的国防预算才能撑起来,而不是“保护科研基础”就可以解决的。因此,中国的国防投入力度的规模和可持续性对中国的军工技术发展将有决定性的影响。诚然,科技进步不是光靠砸钱就能砸出来的,但砸钱无疑可以极大地加快发展的速度,并有条件承担走弯路的代价。

    在历史上,英国、德国的喷气发动机远远领先于美国,两国在二战结束前都把第一代喷气式战斗机投入使用。美国没有做到,而且在战后初期,美国喷气发动机的研发高度依赖来自德国和英国的技术。但美国依靠强大的综合国力和旺盛的军事需求,大步快跑,在10年里就一跃而达到世界喷气发动机的最高水平,这个地位从此没有改变过。中国的起点比美国低很多,世界航空发动机技术前沿无疑对今天的中国依然是一个等待攀登的高峰,但科学技术不是巫术,也不靠天才(尤其在追赶世界先进水平的时候),靠的是勤奋和实干,而没有足够的投入和实践机会是谈不上实干的,想勤奋都没有对象。但不是巫术,尤其是已知可以实现的技术,没有通过长期稳定、有效的投资和努力而不能掌握的。当然,赶上是一个问题,超过就是另一个问题了,但这个时候,长期稳定、有效的投资和努力加上已经成型的科研、测试、生产、使用机制再度发力,成为技术突破的催化剂。

    需求是成功之母,国力是成功之父,但好父母不等于好孩子。尊重先进,认清差距,但不被差距吓倒;好好学习,天天向上,勇于创造辉煌;这才是好孩子。心脏病不是绝症,不仅可以治好,而且可以成为强健体魄的起点。对于中国航空发动机,这才是最重要的。

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    • 家园 喜大普奔的好消息,

      无锡透平叶片厂获罗·罗公司订单,大飞机的“中国心”又近一步。

      最重点的是,长达十年的合约,这样的话,不止行业的国际标准会整合,制造流程/生产过程也会剧透(明化),因为在交货测试/验收的时候,(FAT,factoryacceptence test),买卖双方和第3方验收(third party inspection)都会有很多要求,这些要求也会反映(reflect)在中方厂家的生产工艺和标准的进步。进而学习到原材料的工艺和标准。

      个人觉得,中国航空发动机(和其他高精尖的机械元件,如核/燃气发电机)的落后,主要是原材料的科学理论,基础工艺和生产标准的落后。这从稀土的提取也可以看得出。

      另附,“中国航空发动机之痛:高端轴承被美日德瑞典巨头垄断”。

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      观察网还是给力的,我喜欢。外链出处

      “心脏病”是中国自行研制大飞机必须克服的最大难题,近年来中国为提高本国航空发动机技术水平做出极大努力,去年内蒙古一家企业成功制造出高温粉末合金涡轮盘,为中国自行研制先进喷气式发动机核心机打开大门。据《无锡日报》4月11日报道,世界航空发动机巨头英国罗尔斯·罗伊斯公司与中国一家企业签署了长达十年的合约,向中国订购高温低压涡轮盘锻件,这意味着中国距自行研制先进民用大型航空发动机的目标又前进了一大步。

      近日,在德国柏林,无锡透平叶片公司顺利中标英国罗尔斯·罗伊斯发动机公司的高温合金低压涡轮盘锻件项目,获得了一纸长达十年的合约。这一锻件是飞机发动机上重要等级排名第一的部件,无锡透平叶片也成为国内第一家获得国际巨头航空发动机高温部件订单的企业。

      罗尔斯·罗伊斯公司是世界三大航空发动机厂家之一,在世界上享有盛誉。据悉,参加该次柏林招标的企业大多是与罗尔斯·罗伊斯公司合作多年的供应商,透平叶片是“竞技场”上唯一的新面孔。世界三大航空发动机巨头:美国GE、英国罗尔斯·罗伊斯和加拿大普惠,在此之前从来都没有在中国或者亚洲采购高温合金转动件的历史。无锡透平叶片是一家成立于1979年的国有大企业。该公司是我国蒸汽透平机(蒸汽涡轮机)的重要生产厂商,主营电站叶片和航空锻件的工艺开发和制造,是能源和航空领域国内领先、全球知名的高端动力部件供应商。在电站大型涡轮叶片国内市场上的综合占有率达80%以上,具备百万等级超超临界汽轮机、百万核电机组大叶片的工艺开发及制造能力。从2008年开始,这家企业开始积极研发高端航空发动机风扇叶片,使之能够替代国外产品。目前其新叶片生产基地已于2011年6月全面投产,年产值已实现10亿元。2012年,该公司宣布在这一方面取得重大突破。

      “近年来,透平叶片在战略转型中进军航空领域,配备了航空结构件锻造的世界顶级装备,在新材料试验、新工艺研究 上进行了大量积累。”公司有关负责人透露,目前透平叶片已成功开发出多个国产航空部件,去年,在为罗尔斯·罗伊斯公司递交第一个实质性产品发动机叶片的过程中,三个特种工艺通过了最高标准的国际第三方认证。

      代表透平叶片出击柏林的是年仅34岁的总经理助理王金吕,小伙子虽然做足了准备,但国际巨头的严谨细致还是让他感觉“如履薄冰”。每个竞标单位一个房间,上午谈一轮、下午谈一轮,涉及的问题包括价格、成本、原材料、工艺多个方面。柏林的白天正是无锡的晚上,在透平叶片总部,公司后援团队也丝毫不敢怠慢,用王金吕的话说,真有点像“虎口夺食”,稍有不慎就会和国际大订单失之交臂。历时三天半、一共七轮的招标结束后,透平叶片最终获得了罗尔斯·罗伊斯公司关键部件的十年期合同。罗尔斯·罗伊斯公司还表示,只要在交货和质量上没有问题,将会继续增加份额。另据了解,此次全球仅有两家公司中标。

      2012年,无锡透平公司宣布在航空发动机叶片方面取得重大突破,总投资20亿元的百万等级核电特大叶片制造基地及航空锻件项目,已完成世界顶级装备3.55万吨离合器式螺旋压力机的安装调试。由于国外公司明确禁止向中国转让航空发动机风扇叶片、高温叶片等高端制造技术,因此中国必须立足自主研发。

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      无锡透平叶片公司生产的蒸汽透平机部件

      据了解,航空发动机与燃气轮机制造能力和水平也体现了一个国家制造业的核心竞争力,是国际竞争的战略制高点。因此,航空发动机制造也是高度垄断的高科技尖端技术,国外公司对相关核心技术进行了严密封锁。

      多年来,中国高度重视航空发动机研发、生产,已继美、英、俄、法之后,成为世界上第5个能够自主研制航空发动机的国家,但是与西方航空发达国家相比,仍然有很大距离。

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      无锡透平叶片公司产品宣传册封面(该公司名称英文缩写:WTB)

      扩展阅读:

      无锡透平叶片公司发展史

      1979年 在无锡动力机厂叶片车间的基础上组建成立无锡叶片厂。

      1988年 初步建成国内大叶片制造中心,30万千瓦常规发电机组大叶片全面实现国产化。

      1994年 引进全球第三大吨位压力机(MAX:18000吨),工厂锻造能力得到极大提升。

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      国产航空发动机风扇叶片样品

      995年 划归上海电气(集团)总公司。 ◎ 2004年 叶片年出产总量超过16万片,大叶片产量进入全球前三位。

      2005年 改制成立无锡透平叶片有限公司,作为核心企业组建成立上海集优机械股份公司。

      2006年 上海集优机械股份有限公司在香港联交所主板成功上市。

      2008年 签约投资引进全球领先吨位螺旋压力机(最大压力:35500吨),聚焦国家战略,实施战略扩建,推进以能源动力(核电、燃机)及航空航天船舶动力部件为主业的战略转型。进入上海电气(集团)总公司建设世界级工厂(8+1)重点规划发展企业之列。

      2009年 “国家大型涡轮叶片研发和检测中心”建设项目获得批准立项,并作为我国首批建设的16个国家能源研发(实验)中心项目之一在京授牌。建立江苏省企业院士工作站和博士后科研工作站。

      文中提到的“去年内蒙古一家企业成功制造出高温粉末合金涡轮盘,为中国自行研制先进喷气式发动机核心机打开大门。“的外链出处

      是说在2013-03-22,中国兵器试制粉末合金挤压成型涡轮盘,航空发动机取得新突破。

      。。。涡轮盘是现代飞机发动机的核心部件,它在发动机燃烧室内受到高温燃气的推动,将燃气的热能转化为机械能,驱动发动机的运转。涡轮盘的加工条件极为严苛,必须使用特殊的耐高温材料使用特殊工艺制造,其技术水平直接决定了发动机的技术水平。。。

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      中国兵器工业集团内蒙古北重工集团公司3.6万吨黑色金属垂直挤压机目前,世界范围内最先进的涡轮盘材料是粉末状高温合金。

      制造工艺上,目前俄罗斯制造AL-31F发动机采用的是直接热等静压法成形技术,美国的F404轻型发动机也使用这一技术。这一技术制造出来的涡轮盘的耐应力能力已经不是最先进水平,俄AL-31F发动机的涡轮前温度约为1392度,推力\重量比约为7.14。

      相比之下,美国普惠公司目前制造F119发动机采用了粉末热挤压+超塑性锻造成形工艺制造涡轮盘,涡轮前温度可达1700摄氏度,推力重量比接近10,在不使用加力燃烧室时推重比也可达7.95,超过AL-31F使用加力时的推重比。这也是F-22战斗机能够实现超音速巡航和超机动性的基础。

      此前,我国采用的是热等静压+包套锻模方式来制造涡扇-10发动机的涡扇盘,涡扇-10发动机的推力性能要比俄AL-31F略高,但是在可靠性、耐粗暴操作等特性方面与俄制发动机尚有缺陷。

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      采用挤压工艺制造的法国M88-2发动机涡轮盘

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      我国重型燃气轮机涡轮盘部件毛坯

      从此次试验的描述上来看,可能采用的是类似美国普拉特惠特尼公司生产F100发动机时使用的热等静压+挤压+超塑性锻造工艺,比F119发动机的相关技术尚有半代的差距,但仍然非常先进,此前只有美国和法国能够掌握。

      目前,我国粉末高温合金材料体系和发动机用粉末盘制备工艺与欧美接近,但由于受到设备条件限制,粉末盘关键制备工艺之一的大变形量挤压开坯技术一直无法实施。北重集团3.6万吨黑色金属垂直挤压机的建造,为有效解决这一问题提供了基础手段,实现了这一技术的跨越式发展。我国知名航天航空材料专家汪武祥研究员在挤压试制现场激动地说:“北重集团用几年时间实现了我国航空人几十年的又一梦想!”

      目前我国相关设备和工艺的进一步开发工作仍在进行,追赶最先进航发制造工艺的工作也会继续开展。但是另一方面,随着我国在高性能合金增材制造领域的突破性进展(也就是3D打印技术),以该技术制造新型发动机部件或许将成为可能。在这一方面,目前我国领先于美国,或许可以完成一次“弯道超车”。

      目前,我国正在研制的涡扇-10G发动机的推力可以比涡扇-10有很大提高,能够初步满足歼-20超音速巡航的要求。而目前正在开发的这项技术,很可能是为追赶F119发动机为目标的涡扇-15发动机做准备的,该发动机将会为将来的歼-20发动机提供更加充足的动力。

      通宝推:繁华事散,哼哼哼,桥上,侧翼,

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      • 家园 原材料与超级计算机

        对于材料科学的发展,很多人说只要/只能是拿钱和时间堆了。这话对了一半。

        中国重工业(含机件配件)的问题首先是材料,其次是热处理,再次是加工工艺包括机床和刀具。最后是(像罗-罗那样的?)整合与设计能力。后面这几个问题,也就是3D打印技术的问题。TG算是领跑。跑多快,后来的锻炼/训练很重要,但体质(材料)是保证。

        《大国重器》第六集里,沈阳机床厂(?)为了解决机床和刀具的材料,建立了一个很大的实验室,每天有近千种的(不同材料)的刀具在实验。钱烧了还可以再印,材料烧了就没有。个人认为国家应该统筹(军工部门?),利用超级计算机进行模拟实验,不同材料(合金),不同流程,不同的检测,方方面面,只有用超级计算机进行模拟实验,才可以省时省钱,尽快取得突破。

        另,锻件突破了,也就是材料突破,这样轴承材料的突破应该也快了,轴承再突破,到时心脏病问题就可以解决了!

        纠错,“无锡透平叶片公司生产的蒸汽透平机部件”这张照片,应该是发电用重型燃气轮机压气机叶片非蒸汽透平叶片。来自观察网这条消息的牛人评论。

        • 家园 回楼下的兄弟姐妹,

          我也只是一个思路,哪有那本事。

          不过这思路靠谱。真正实用化就要多努力。

        • 家园 你这想法应该是当前最前沿的思路

          奥巴马(当然肯定是他的科学顾问们比如朱棣文想出来的)2011年提出来的大型科研项目,叫Materials Genome Initiative

          当然,既然是最前沿的思路,离真正实用化自然还很远。。。

        • 家园 连工艺流程都能用电脑模拟了?

          我对数值计算也不陌生,但真想象不出现在已经连材料学上不同工艺流程都能用电脑模拟,而且达到实用化了。你做过这个?

        • 家园 材料计算不是那么容易的

          用计算机做模拟是个好的想法,但也只是想法而已。至今计算材料学也没有成功的案例。热处理工艺有太多的不确定性,热平衡是可以用计算机计算,那也只是相图而已。但处理工艺是动力学的问题。处理温度一样,但是淬火速度不同,产生的金相不同,材料的性能也不一样。而且现在很多航空的产品,叶片等都是单晶相。我在北京看过的一块单晶叶片也就一个iphone4的大小,但已经是非常难得的了。这种传统工艺,真的只有用时间和人力来堆积,没有别的办法。

      • 家园 貌似提供的只是毛坯吧,估计我们有价格优势

        如果直接提供成品叶片吗,嘿嘿

        • 家园 是锻件成品,

          如果是锻件毛坯,罗罗拿去再加工,就破财破产的更快。

          楼下的北纬说了,

          不过737/A320用的中等推力发动机,以前是GE拉着法国人组成CFM对付罗罗和普惠的联盟,737一直是只用CFM的发动机,现在普惠出来单干,新一代A320的市场成了CFM对决普惠,没给罗罗留下空间,罗罗刚刚提出的Ultrafan如果拿不到多少订单,前景堪忧喔。

          其实锻件毛坯/成品,已经很好,更接近原材料的工艺和标准。精加工其实相对容易,只要设备(主要是机床)上档次就行了,TG现在有钱买国产货了。赞一个。

        • 家园 不积跬步,无以至千里。不积小流,无以成江海。

          每一次进步都是可喜的。为这些进步默默工作的人都是可敬的。

    • 家园 晨大,关于发动机,有个猜想不知行不行。

      航发一般就三个组成部分。

      前面的压气机段,中间的燃烧室段,后面的涡轮和喷气段。

      其中最核心的就涡轮喷气段中的燃气涡轮。因为航发想持续工作,燃气涡轮的作用必不可少。

      但是我们国家航发最软肋的部分应该是燃气涡轮机哪里了。

      所以有个设想。

      第一种

      --------------不要燃气轮机了。直接以外力的方式驱动压气机工作,然后空气进入燃烧室后直接从喷口喷出去工作。同时,燃烧室产生的燃气不经过燃气涡轮直接产生推力,燃烧效率是不是更高了。同时,把压气机的机匣做成电动机的定子,压气机的叶片做成电动机的转子,通过电力的方式驱动压气机工作。 这样的好处是压气机工作的范围要比用燃气机直接带动的要高上不少把。

      而驱动压气机的电力可以是飞机带的高性能电池或是其他的发电途径解决。

      第二种 前提是燃气涡轮段咱们国家突破了。

      --------,使用燃气涡轮。

      但是利用一根传动轴把燃气涡轮的能量传动给发电机(发电机可以布置在压气机的前面,和导流罩做成一体的),利用燃气涡轮产生的动力通过传动轴带动发电机发电,然后发出的电在经过分流后驱动压气机工作。而这样的方式这可以避免直接用燃气涡轮带动压气机而中间必须使用的减速齿轮等机械设备了,也能提高效率。而同时,有燃气涡轮驱动的发电机发出的电经过分流驱动压气机后剩下的电能可以为飞机的雷达,电子战提供能源。

      不知晨大觉得这样的设想行不行。

      • 家园 好像不可行

        方案一需要很大的外能源,实际上不可能。有那么大的电池,直接驱动电动螺旋桨就是了,速度慢一点而已。还有一个办法,用外力加速后,压气机都取消了,用空气冲压直接压缩,这就是冲压发动机。

        方案二的热机效率不可能超过直接传动。发电机、电动机、电输送都是有效率损失的。绕了这么一大圈驱动外动力压气机,唯一好处是可以压气机与涡轮的转速脱耦,各自运转在最佳转速,但热机效率应该得不偿失。

        • 家园 谢谢 晨大

          看来第一个方案是不可能的了。

          不过,请问晨大,你说的热机效率不可能超过直接传动,意思是不是现在的航发对发动机内部的传动效率任然是斤斤计较的啊,因为我的理解是:

          燃烧室燃烧后工质经过燃气涡轮后喷出,形成推力。而燃气涡轮被工质驱动产生旋转的机械能,而机械能通过轴传动到前部的压气机上,有压气机带动空气压缩后进入燃烧室,有燃烧室燃烧燃料形成带有高压能量的工质。

          晨大你说 “唯一好处是可以压气机与涡轮的转速脱耦,各自运转在最佳转速,但热机效率应该得不偿失。” 这里我有点不太明白了,既然压气机和涡轮都是在最佳转速的,为啥热机效率不得尝失呢。

          还有就是,是不是现代的使用喷气动力的飞机,其飞机本身的电能都是有喷气发动机来提供的呢?还是有另外的专用发电机提供的。

          我的第二个设想是把航发的输出动力部分和输入动力部分分离化,将输出的动力转化成电能。因为我觉得未来的飞机特别是军用战斗机对电能的需求应该是比较大的。我的设想是利用这样的分离设计,使飞机在不同的战术要求下对能量的最优化利用率。(当然,这需要更高级的电气知识和电气软件的设计优化才行)

          希望晨大你别笑话啊,我真的不太明白。

          • 家园 不用谢,我也不是涡轮发动机的行家

            只是从常识角度来讨论。

            高压燃气涡轮需要在高转速下才能最优,低压涡轮转速可以低一些;高压压气机的转速也要较高,低压压气机转速应该较低,风扇转速应该更低。由于涡轮和压气机是硬性机械连接的,两者的转速要求很难做到正好一样,总是一定的妥协的结果。低压压气机和风扇是同一转速,对转速的妥协更大。

            化学能-电能-机械能每一次转换都有一个效率问题,多打几次折,单一环节再高的效率也被低下的总效率抵消了。

            燃气涡轮用于发电是可行的,但用涡轮作为转子、机匣作为定子,这样的交流发电的频率应该非常高,对输电和电机设计的要求应该不低。另外,这样直接发电对涡轮叶片的制造要求比现在发动机要高得多,而且发动机转速是变的,用于电动压气机也“天然”变频或许问题不大,但用于飞机其他系统,就需要整流或者稳频,麻烦不少。

            现在飞机一般有专用的发电机,大多是通过引入冲压空气驱动涡轮,也有从发动机直接引出动力,这需要齿轮传动,比较麻烦,重量和机械损耗大,但空气阻力低。

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