殲20戰(zhàn)斗機(jī)需要WS-15發(fā)動(dòng)機(jī)

殲20服役之后，WS-15發(fā)動(dòng)機(jī)何時(shí)量產(chǎn)成為大家關(guān)注焦點(diǎn)，近日中國(guó)相關(guān)單位研制成功航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片復(fù)雜異型孔激光加工系統(tǒng)，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)又攻克了一個(gè)難關(guān)，為WS-15早日量產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

渦輪葉片復(fù)雜異型孔主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣膜冷卻，它可以用效降低燃料室、高壓渦輪工作溫度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，美國(guó)正是在上世紀(jì)80年代攻克了這個(gè)技術(shù)，為四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制鋪平了道路。

我們知道航空發(fā)動(dòng)機(jī)屬于熱機(jī)，它的原理就是將熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，從這個(gè)角度來(lái)講，發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度越高越好，不過(guò)高溫燃?xì)膺€有一個(gè)作用，那就是推動(dòng)高壓渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)，不斷為發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)充空氣，這樣高溫燃?xì)獾臏囟炔荒艹^(guò)高壓渦輪所能承受的極限，因此（高壓）渦輪前溫度是航空發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

 

航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葮O高，對(duì)于相關(guān)部件要求極高

為了提高渦輪前溫度，需要提高渦輪對(duì)于高溫燃?xì)馀履褪苣芰?，傳統(tǒng)高壓渦輪采用耐高溫合金提高渦輪前溫度，但是合金性能提高跟不上發(fā)動(dòng)機(jī)性能增長(zhǎng)要求，這樣氣膜冷卻技術(shù)就出現(xiàn)，它屬于反其道而行之，通過(guò)降低渦輪前燃?xì)鉁囟葋?lái)提高渦輪性能，氣膜冷卻在渦輪葉片上面開(kāi)出小孔，冷卻空氣從這里流出，由于它的溫度較低，因此向下沉淀到葉片表面，形成一層氣膜，隔絕高溫燃?xì)馀c渦輪葉片，熱量不會(huì)全部傳導(dǎo)到渦輪葉片上面，這樣就會(huì)改善渦輪葉片工作環(huán)境，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，氣膜冷卻技術(shù)被視為發(fā)動(dòng)機(jī)性能改善一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)相關(guān)資料，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度提高三分二由氣膜冷卻技術(shù)提供，高溫合金進(jìn)展只占三分之一，它的效能可見(jiàn)一斑。

 

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用氣膜冷卻技術(shù)

氣膜冷卻系統(tǒng)難點(diǎn)在于氣膜能夠均勻、持續(xù)覆蓋在器件表面，如果少了達(dá)不到應(yīng)有的效果，如果多了又會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能，在這種情況下美國(guó)率先采用了異型孔氣膜冷卻技術(shù)，它采用較小的進(jìn)氣孔，從而提供較為強(qiáng)勁的對(duì)流渦，可以為提高傳導(dǎo)能力，而排氣孔較大，這樣可以提高氣膜覆蓋程度，增加氣膜附壁性，具有更高的冷卻效率，這樣就提高了氣膜冷卻效率，按照國(guó)內(nèi)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的說(shuō)法，采用異型孔氣膜冷卻技術(shù)，可以讓航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、高壓渦輪等熱端部件冷卻效率從0.3提高到0.5，這樣就等于提高熱端部件耐受高溫的能力，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性。

 

國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片異型孔加工設(shè)備

不過(guò)航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件內(nèi)部空間狹小，在這么狹小的空間里面加工異型孔困難非常大，存在五軸坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)對(duì)焦與補(bǔ)償、法向自動(dòng)檢測(cè)與傾角控制、CAD驅(qū)動(dòng)多工位自動(dòng)化加工等眾多技術(shù)難點(diǎn)。由于國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平和工業(yè)基礎(chǔ)限制，國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期未能攻克這個(gè)難關(guān)，造成熱端部件冷卻效率較低，相應(yīng)就限制發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)推力和可靠性，經(jīng)過(guò)努力，相關(guān)單位終于攻克了這個(gè)技術(shù)難關(guān)，這樣就為國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)提高渦輪前溫度打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也表明國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力、可靠性將會(huì)有一個(gè)大幅度增加。

隨著技術(shù)難關(guān)逐一被攻克，WS-15航空發(fā)動(dòng)機(jī)距離成熟已經(jīng)指日可待，中國(guó)空軍裝備完全狀態(tài)殲-20應(yīng)該已經(jīng)為期不遠(yuǎn)。