姜宗林团队研制站立式斜爆轰冲压发动机

来源：　点击数：6891次　更新时间：2021-01-31 16:50:34

全球首个由中国自主研制的9马赫航空发动机，站立式斜爆轰冲压发动机成功通过风动测试值得兴奋吗？那是当然的，要知道国产航空发动机到目前为止都是中国航空业的一个硬伤，就连印度都曾笑话中国造得出歼20这种级别的隐身战机，却因为发动机能力不足而导致，无法得到完整的发挥，而如今中国首创的这款航空发动机是具有革命性意义的动力，已经它成功的反超美国，引起了全球的瞩目。    很多人不知道的是中国站立式斜爆轰冲压发动机的背后，其实是我国几乎被完全压制的航空命脉。近十几年来中国的工业制造能力突飞猛进，可是在航空发动机的方面进展却依然非常缓慢，尽管如今的中国已经成为了世界上仅有的几个能够独立研发航空发动机的国家之一，但掌握的技术其实还比较低端，甚至有些专家还给出了中国航空发动机水平和美国还有30年差距，这样的尽管这样的评论有些刺耳，但至少我们很清楚中国航空发动机的水平与美俄的差距还是很明显的，一般的自媒体都喜欢报喜不报忧，这样的流量会高一些，大家也喜欢看。   但我们一直坚信，既要有足够的科技激发我们的爱国情感，也要实事求是直面问题才能不断进步，要弄清楚我国航空发动机为什么与美俄有着明显的差距，那么首先就得有一个清楚的概念，那就是什么是航空发动机。航空发动机作为飞机的心脏是一种高度复杂和精密的热力机器，无人机和巡航导弹的飞行提供动力，也是促进航空事业发展的重要推动力。经过百余年的发展，航空发动机已经发展成为可靠性极高的成熟产品，世界上正在使用的航空发动机分为燃气涡轮发动机，冲压式发动机和活塞式发动机等三种类型，还有一个名称相近的发动机叫航天发动机，这是用在火箭发射上面用于带动火箭飞出地球大气层进入太空的发动机。     有很多人分不清楚航空和航天的区别，这在梳理一下，采用空气作为氧化剂的领域叫航空，一般指大气层及以下地球范围内的环境领域不需要空气作为氧化剂且飞行高度高于卡门，现在称为航天飞机一般只在太空翱翔的领域，虽然名字相近，但是内力相差是很大的。本机要聊的正是航空发动机，中国航空发动机蹒跚艰难的研发历程，在世界航空业不断前行的时候，中国的航空发动机，这还是一片空白，这就注定了中国航空发动机很长的一段时间内，只能步履蹒跚的跟在美英俄的后面，生怕一不小心就会跟丢。     从时间的维度上来说，中国的航空发动机行业走过了三个阶段，第1阶段是1950~1965年，我国航空动力行业实现了从维修到制造的转变是我国航空发动机自主研制的起步阶段，该阶段在苏联的帮助下，我国航空发动机制造突破不断硕果累累，制造出了涡喷5发动机涡喷6发动机，并开始研制涡喷7发动机和涡喷8发动机。第二阶段是1966年至1990年，是我国航空发动机行业独立发展的阶段，摆脱了对国外现成型号发动机的单纯仿制，是我国开始自主设计研制航空发动机改型的阶段，20世纪60年代我国与苏联关系出现了问题，我国的航空发动机行业开始进入自主发展的阶段。1965年我国开始进行涡喷七发动机的研制，实现了我国航空从单纯仿制生产到自行设计改型的转变，在这个时期我国还自行设计了涡喷13发动机，并仿制英国罗罗公司的资本制造出了涡扇9发动机，这次中国航空发动机正式进入了涡扇的时代。第三阶段是1990年以后我国开始了新一代核心机的预研计划，标志着我国航空发动机科研系统逐步步入成熟，2002年我国自行设计研制的涡喷14发动机设计定型。      2005年我国自主研制的第3代大推力涡扇10发动机，通过设计定型，这两种发动机的研制成功标志着我国在核心机上取得了巨大突破，并使我国成为了能自主研制航空发动机的少数国家之一。相比起外国上百年的航空发展史，中国的航空发动机历程简直就是婴儿学步，就在上世纪60年代中国正在清理消化吸收改进涡轮喷气发动机的时候，国际上更先进更经济更稳定的涡轮风扇发动机再次是诞生了，并快速成了航空界的主流，而我们又不得不紧跟其后，研究起了国产机，国产机的研制难度复杂性远远超过了涡喷机工程，费时费力进展缓慢。      从60年代一直拖到80年代，虽然中国也研制成功了涡扇5涡扇6等型号的发动机，但因为种种原因，始终未能投入批量生产，中国航空发动机的历程完全可以理解为一个刚学走路的小孩，拼命的要追赶着大人的脚步，生怕被大人越甩越远。从新中国成立到现在，我国的航空发动机走过了从修理到仿制，从仿制走向自行研制的历程，取得了一定的成绩。但是与西方先进国家相比，差距仍然十分巨大，也许这样说很多人还是很难理解，中外航空技术到底差别在哪里？举个例子大家就明白了，比如中国航空发动机的老师是前苏联，从技术的角度上来讲，苏联的发动机某一方面是不如美国的，苏联的发动机通常体积都比较大，制造较为粗糙，使用寿命较短，耗油率较高，我国在某些性能的指标上还低于前苏联。我们的歼击机发动机大修周期通常为100~200小时，而美国等西方国家的发动机使用周期一般大于4000个小时，当然在其他方面也同样存在着较大的差距。      航空发动机是当今世界上最复杂，多学科集成度最高的工程机械系统之一，它需要在高温高压高压高转速与高载荷的严酷的条件下工作，所以要做好一款航空发动机谈何容易，更何况在这个难度的基础上还要面临着西方国家的封锁和打压。      中国航空发动机研发面临的风险与恐惧，很多人不禁要问，中国拥有那么多的飞机发动机设计专家，为何中国的航天发动机技术这么多年都没能赶上来的？其实原因也很简单，当时由于国防建设的迫切需要，国家把火箭技术作为优先发展的战略，一切的技术都要为两弹一星工程给让路，而航空工业技术则被列入了国家高科技的领域。我国的航空工业在出现时期主要依靠的是苏联专家，国内技术人员属于被改造的对象，这对于我们来说也是一种遗憾。航空发动机的设计和制造涉及到现代工业的无数个领域和材料的配合，其实当时中国有了航空发动机的泰斗级人物，但是材料和工艺是两大根本的难题，我国当时还无法造出航空发动机的核心部件，所以光有一流的设计专家，工业制造业的综合水平跟不上，也无法研制出好的发动机。     但接下来的这个长期以下的中国航空工业卡脖子的黑手，航空发动机所有的零部件中，涡轮叶片是个极其关键的部件，涡轮叶片也叫单晶叶片，单晶叶片的铸造工艺直接决定了航空发动机的性能，是一个国家航空工业水平的象征，在发动机工作的时候，单晶片不仅需要同时承受1600度以上的高温几十个大气压和每分钟数万的转速，还要承受强大离心力的持续作用，在发动机设计制造水平不可能迅速全面提升的现实情况下，提高单向关键技术的水平，也就成为了国产航空发动机现实的选择，而如何让涡轮叶片能够在更高的温度下工作，也就成为了关键中的关键，面对这样严苛的条件，发动机所用的材料必须满足，不融化不变形，不断裂的要求，而心有金属铼元素的一系列特性，使其成为了极佳的选材之一，上世纪末中国并没有发现金属铼的存在，以至于一度被认为中国是贫来铼国，对单晶叶片铸造技术的相关研究，也很少进入。      21世纪以后中国才发现了金属铼资源的存在，但储量并不丰富，当时的产量在每年两吨左右远远无法满足自用的需求，为了维持在航空工业上的优势垄断地位，欧美国家常年针对中国进行材料和技术的封锁，对金属铼的相关技术更是盯得很紧，罗罗公司虽然在中国投资建厂，但是却对中国的员工层层设防，即便是在公司内工作了近10年表现出色的老员工，也接触不到半点核心技术。可以说没有铼就不可能有先进的航空发动机，铼变成了长期掣肘我国航空发动机研发的瓶颈问题，铼是人类发现最晚的天然元素，它在地壳中的含量比所有的稀土元素都要少，比钻石还难以获取，中国获取铼的途径非常有限，价格高昂且不能保证供应量。      据美国地质调查局的报告，全球探明的铼储量仅有2500吨左右，全球约80%的铼用于生产航空发动机，其在军事战略上有着重要的意义，很显然如果没有足够的铼供应，那么即使研制出了单晶高温合金叶片，研发投入也很难转换为实际批量的产品，再加上西方国家还对中国实施了严密的军备技术封锁，导致我国航空发动机的发展一直被卡着脖子，这使得国内单晶叶片的研发进度局部未见，甚至还传出有俄罗斯的发动机，中国有一半以上的飞机，都会趴窝，这种西方嘲笑我们的声音长期受制于人的被动与屈辱，让老一辈的科学研究者们无比同情，好在天佑我中华，经过我国勘探人员的不懈努力，中国终于杀出了一条血路，于2010年勘探到的稀有金属铼，并且储量高达176吨，约占全球铼总储量的7%，仅次于智利，美国，俄罗斯和哈萨克斯坦，这对于中国突破西方的封锁自主研制单晶液态铼说，简直就是上天送来的惊喜。      看到金属铼的矿山到底是华山南路矿山还是黄龙瀑布矿区矿山去查阅到的信息也无法证实，这是由于稀有金属具有战略意义的。储量少的特点，所以西方和日本才会拼命抢夺，并且为了保护资源，美国还封存了大量的矿山，转而从国外低价进口，中国稀土就是一个典型的例子，然而要想打破美国，必须要用用自己的金属铼提纯技术，当时国内只有一家机构拥有提纯金属铼的技术，就是陕西炼石有色全资子公司，成都航宇为了打破国外对生产设备的技术封锁，该公司通过与湖南有色研究院的合作用了大约两年的时间，攻克了多种技术难关，最终实现了金属铼的提纯，但是无论是前面说的涡扇 ，我们还是我想他们都有一个共同的弱点，就是推力有限，面对现代高科技战争的可能，超音速飞机，高超音速飞机已经是司空见惯，这三种方式的发动机更多的是在民用或商用领域上使用，远远无法满足国防科研的需求。      国之重器冲压发动机，冲压发动机全称冲压喷气式发动机是一种构造非常简单，可以发出强大推力，是用于高空高速飞行的空气喷气发动机，冲压发动机分为亚音速超音速和高超音速三类。这里普及一个物理单位马赫它是速度与音速的比值，1马赫就是一倍的音速，亚音速冲压发动机以航空煤油为燃料飞行速度约在0.3~0.8马赫之间，超音速冲压发动机也叫超燃冲压发动机，以航空煤油或烃类为燃料，飞行速度约在1.2~5马赫之间，而高超音速冲压发动机以烃类燃料或液氢为燃料，飞行速度约在5~16马赫之间，他们都用于军事领域。       比如超音速飞机，洲际飞航，中程近程导弹，超音速靶机的经过我国科研人员的多年努力，我国在冲压发动机的领域有了重大突破，对在2020年11月28日中国航空学报上刊登了站立式斜爆轰风动实验中的相关论文。风洞实验室是一种以人工的方式在室内模拟产生并且控制气流的实验装置，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况是研制高超音速飞机导弹和火箭等军备必不可少的实验设备，目前世界上只有少数国家掌握了风洞的设计和制造技术，而我国的高超巨龙F-12是世界上最大的激波风洞实验技术，也是世界上唯一能模拟制裁飞行的风洞。

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