殲20戰(zhàn)斗機需要WS-15發(fā)動機
殲20服役之后，WS-15發(fā)動機何時量產(chǎn)成為大家關(guān)注焦點，近日中國相關(guān)單位研制成功航空發(fā)動機渦輪葉片復雜異型孔激光加工系統(tǒng)，標志著國產(chǎn)航空發(fā)動機又攻克了一個難關(guān)，為WS-15早日量產(chǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。
渦輪葉片復雜異型孔主要用于航空發(fā)動機氣膜冷卻，它可以用效降低燃料室、高壓渦輪工作溫度，提高發(fā)動機性能，美國正是在上世紀80年代攻克了這個技術(shù)，為四代航空發(fā)動機研制鋪平了道路。
我們知道航空發(fā)動機屬于熱機，它的原理就是將熱能轉(zhuǎn)化成動能，從這個角度來講，發(fā)動機工作溫度越高越好，不過高溫燃氣還有一個作用，那就是推動高壓渦輪帶動壓氣機，不斷為發(fā)動機補充空氣，這樣高溫燃氣的溫度不能超過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)動機一個關(guān)鍵參數(shù)。
航空發(fā)動機燃氣溫度極高，對于相關(guān)部件要求極高
為了提高渦輪前溫度，需要提高渦輪對于高溫燃氣怕耐受能力，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)動機性能增長要求，這樣氣膜冷卻技術(shù)就出現(xiàn)，它屬于反其道而行之，通過降低渦輪前燃氣溫度來提高渦輪性能，氣膜冷卻在渦輪葉片上面開出小孔，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，隔絕高溫燃氣與渦輪葉片，熱量不會全部傳導到渦輪葉片上面，這樣就會改善渦輪葉片工作環(huán)境，提高發(fā)動機性能，氣膜冷卻技術(shù)被視為發(fā)動機性能改善一個關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)相關(guān)資料，現(xiàn)代航空發(fā)動機渦輪前溫度提高三分二由氣膜冷卻技術(shù)提供，高溫合金進展只占三分之一，它的效能可見一斑。
現(xiàn)代航空發(fā)動機采用氣膜冷卻技術(shù)
氣膜冷卻系統(tǒng)難點在于氣膜能夠均勻、持續(xù)覆蓋在器件表面，如果少了達不到應有的效果，如果多了又會影響發(fā)動機性能，在這種情況下美國率先采用了異型孔氣膜冷卻技術(shù)，它采用較小的進氣孔，從而提供較為強勁的對流渦，可以為提高傳導能力，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，按照國內(nèi)外航空發(fā)動機行業(yè)的說法，采用異型孔氣膜冷卻技術(shù)，可以讓航空發(fā)動機燃燒室、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)動機的性能和可靠性。
國產(chǎn)航空發(fā)動機渦輪葉片異型孔加工設(shè)備
不過航空發(fā)動機熱端部件內(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，存在五軸坐標聯(lián)動轉(zhuǎn)換、自動對焦與補償、法向自動檢測與傾角控制、CAD驅(qū)動多工位自動化加工等眾多技術(shù)難點。由于國內(nèi)經(jīng)濟技術(shù)水平和工業(yè)基礎(chǔ)限制，國產(chǎn)航空發(fā)動機長期未能攻克這個難關(guān)，造成熱端部件冷卻效率較低，相應就限制發(fā)動機渦輪前溫度，從而降低了發(fā)動機推力和可靠性，經(jīng)過努力，相關(guān)單位終于攻克了這個技術(shù)難關(guān)，這樣就為國產(chǎn)航空發(fā)動機提高渦輪前溫度打下了堅實的基礎(chǔ)，也表明國產(chǎn)航空發(fā)動機推力、可靠性將會有一個大幅度增加。
隨著技術(shù)難關(guān)逐一被攻克，WS-15航空發(fā)動機距離成熟已經(jīng)指日可待，中國空軍裝備完全狀態(tài)殲-20應該已經(jīng)為期不遠。
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