中国航空发动机的轴承有多恐怖?一分钟18000转,寿命过5万小时!

去年上海航空展,中国航空发动机集团展出的CJ1000A引发轰动,这是一台完全国产的大飞机发动机,并且已经准备投入对国产大飞机C919的使用。
这将是中国航空发动机领域的又一个成就!
从无到有,从弱到强。中国人一路走来的艰辛历程中,有一些日子需要我们铭记,因为它们代表了一个国家工业硬实力的发展!
为什么要造自己的发动机?
1954年7月3日,新中国第一架自己制造的飞机“解放号”试飞成功。
这是中国航空事业的一座里程碑,在全国人民齐心协力之下,终于填补了我国航空事业的空白。
2022年,“昆仑”发动机的成功,让国产战斗机装上了中国的“心脏”。
而在去年,中国自主研发的国产民用大飞机C919投入使用,又一页航空的伟大历史被我们书写。
从制造到研发,中国人走了将近八十年的时间,但是我们与欧美等强国仍旧还有很大的差距。其中最关键的技术当属是发动机。
我国发动机的研发一直以来都被国外卡脖子。
随着我们科技水平的进步,美国一度下发政令限制我们的航空材料进出口,因为他们也知道发动机是一架飞机最关键的部分,若是我们研发成功了,那他们躺着赚钱的日子也要结束了。
为什么这么说呢?
发动机的重要性体现在多个方面,它与飞机的动力息息相关,直接影响着飞机的速度、承载能力、燃油效率等等。
特别是对于战斗机,可以毫不夸张的说,一架战斗机的性能怎么样,百分之七八十都取决于它的发动机。
飞机的发动机是许多关键技术的集合,比如耐高温、耐磨的材料技术,扇叶共振检测和削弱技术(发动机振动或者外部气流引发的扇叶振动)以及轴承技术等等。
而在世界上,掌握着这些最先进的技术的制造商,基本都属于美国、欧洲。正是因为他们垄断了这方面的市场,便肆意制定市场规则。
不过现在,我们自己的发动机被不断研制出来,克服了重重的困难,我们也将获得航空发动机这一领域的话语权!
研发难点在哪里?
在发动机的研发过程中,最重中之重的当属于发动机的轴承研发。
轴承磨损、摩擦增大等问题都会导致航空发动机失效,威胁到飞机的安全。
轴承在发动机中的作用是不可忽视的,它既是旋转轴件的承载部件,同时还具有削弱振动、减轻磨损、延长使用寿命等多方面的作用
而对于飞机发动机而言,轴承的材料选择、结构设计以及运转速度都是影响其寿命的重要因素,所以轴承技术的攻破是发动机研发的一大难点。
在当前的世界航空机械制造领域,疲劳、磨损、腐蚀是公认的三道难题,轴承的研发也离不开他们。
其中磨损和腐蚀可以用科学的手段来检测,但是疲劳是至今无法克服的问题。
机械疲劳是什么呢?
我们先举个例子,当我们将一根钢丝不断的折弯后,它就会慢慢的发烫,然后在某一刻时便会突然断裂。这就是疲劳。
这种情况是无法避免的,就像人类无法预知自身的寿命一样,我们也无法预测零件的寿命。我们只能通过反复的测试,确定机械部件的“疲劳”时间,在那之前将部件更换。
为了延长零件“猝死”的时间,世界上对解决疲劳的问题的研究从未停止。
在1948年到1970年,美国倾力研发的第二代制造技术——“表面完整性”制造技术问世,这项技术强化了构件的强度,延长其寿命。
“疲劳学+切削加工”两门学科的组合,将工业机械制造在对抗疲劳的问题上从追求精密外形、减少缺陷这方面,推向了改变应力集中敏感方面。
因为解决了传动系统中的关键难题,轴承的寿命从此一举上升至数千小时甚至上万小时,是世界轴承制造的一次跨越性飞跃。
美国掌握这项技术的5家制造商,也因此开始了长达几十年对高端轴承市场的垄断。
而在那个时期,我国自己制造的航空使用轴承寿命还不到200个小时,严重影响了国内武器装备和高端机械的发展。
国产发动机到轴承如何?
当然,我们国家对于轴承抗疲劳的技术研究也从未停止,只是受制于国内前期发展的影响,不可否认地我们在这方面的确落后西方一二十年乃至更多。
直到2009年,国家有关部门提出《高强度抗疲劳航构件抗疲劳制造基础研究》项目的正式文件,对航空轴承的疲劳性研究越来越受到重视。
在这个项目中,赵振业院士带领他的团队完成了对于新型轴承齿轮钢M50NiL纯净化研究。
经过原材料提纯、VIM+VAR双真空熔炼、墩拔开坯等技术,成功将M50NiL的纯净度提升到了国际领先的水平。
此外,赵振业院士还设计了一种新型的轴承钢体系,第一次将齿轮轴承钢的强度、韧性、硬度都提高到了超高水平。
(VIM+VAR双真空熔炼:一个关于金属熔炼的技术术语。VIM指的是金属熔炼过程中的真空、氧气、氧化物和金属的缩写,而VAR是指真空热处理(Vacuum Anode Reduction,VAR)
墩拔开坯:墩拔是指将金属材料置于锻压机中进行初加工,开坯是指金属材料的首次定形加工。)
2021年7月28日,采用新型轴承齿轮钢M50NiL制造的主轴承滚珠的寿命达到了百万小时,是国外产品的15倍。
同时用这种新型钢制造的航空轴承在1.6倍载荷谱最高载荷下进行加速试验(一种抗疲劳实验,用来预测构件寿命),其寿命长达3万多小时未失效,打破了美国同类产品2万小时的神话!
到了2022年10月24日,抗疲劳实验主轴承的寿命已经达到了5万小时还没有失效,是我国高端装备制造技术的重大突破。
这无疑是机械工业革命史上的一个新的里程碑,也创造了世界机械制造的一项新的记录!
航空轴承寿命实验的突破,让我国的航空事业更进一步。
其实,了解我国航空动态的朋友们应该也知道,中国的国产航空发动机已经逐渐追上了国际上的领先国家。
上世纪八十年代到九十年代,我们实现发动机的自主设计,彻底摆脱了“苏式”航空发动机的影子。
而近年来,航空发动机更是不断传来好消息。
2022年,我国第一个自己研发制造的涡喷发动机“昆仑”设计定型,进入测试。
2023年CJ1000A大型民航发动机进行机载测试完成,标志着我国首个涡扇发动机落地成功。
同年,适用于宽体客机的大飞机发动机CJ2000A也进入了试验测试阶段,预计将打破国际航空发动机史上的起飞推力记录!
除了大飞机,适用于轻型小飞机的AES100发动机已经在今年一月份圆满完成试验,相信不久后就可以投入使用。
作为最高精尖的行业之一,航空发动机的发展难度是非常巨大的,中国更是从战火中站起来再跑起来,经历的困难不计其数。
我国的发动机事业之所以可以在一些方面这么快向发达国家看齐,甚至赶超他们,离不开我们每一个航空学者们的忠诚敬业,用行动表明着“航空报国”这一宗旨
而对于我们普通人来说,一个个振奋人心的好消息令我们自豪的同时,我们也需要给予中国航空更多的耐心。
这项事业并不是可以一蹴而就的,是要几年甚至几十年的沉淀才能得到结果。
落后只是一时的,因为伟大的中国民族从未停止前进!
评论
知识TNT频道图标
知识TNT
1297成员
29
1
1
2