中国攻克涡轮叶片激光加工系统 WS15将有望实现量产

来源:新浪军事    关键词:激光加工, 发动机涡轮叶片,    发布时间:2018-07-29

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  歼20战斗机需要WS-15发动机
 
  歼20服役之后,WS-15发动机何时量产成为大家关注焦点,近日中国相关单位研制成功航空发动机涡轮叶片复杂异型孔激光加工系统,标志着国产航空发动机又攻克了一个难关,为WS-15早日量产打下了坚实的基础。
 
  涡轮叶片复杂异型孔主要用于航空发动机气膜冷却,它可以用效降低燃料室、高压涡轮工作温度,提高发动机性能,美国正是在上世纪80年代攻克了这个技术,为四代航空发动机研制铺平了道路。

 我们知道航空发动机属于热机,它的原理就是将热能转化成动能,从这个角度来讲,发动机工作温度越高越好,不过高温燃气还有一个作用,那就是推动高压涡轮带动压气机,不断为发动机补充空气,这样高温燃气的温度不能超过高压涡轮所能承受的极限,因此(高压)涡轮前温度是航空发动机一个关键参数。
 
 
 
  航空发动机燃气温度极高,对于相关部件要求极高
 
  为了提高涡轮前温度,需要提高涡轮对于高温燃气怕耐受能力,传统高压涡轮采用耐高温合金提高涡轮前温度,但是合金性能提高跟不上发动机性能增长要求,这样气膜冷却技术就出现,它属于反其道而行之,通过降低涡轮前燃气温度来提高涡轮性能,气膜冷却在涡轮叶片上面开出小孔,冷却空气从这里流出,由于它的温度较低,因此向下沉淀到叶片表面,形成一层气膜,隔绝高温燃气与涡轮叶片,热量不会全部传导到涡轮叶片上面,这样就会改善涡轮叶片工作环境,提高发动机性能,气膜冷却技术被视为发动机性能改善一个关键技术,根据相关资料,现代航空发动机涡轮前温度提高三分二由气膜冷却技术提供,高温合金进展只占三分之一,它的效能可见一斑。
 
 
 
  现代航空发动机采用气膜冷却技术
 
  气膜冷却系统难点在于气膜能够均匀、持续覆盖在器件表面,如果少了达不到应有的效果,如果多了又会影响发动机性能,在这种情况下美国率先采用了异型孔气膜冷却技术,它采用较小的进气孔,从而提供较为强劲的对流涡,可以为提高传导能力,而排气孔较大,这样可以提高气膜覆盖程度,增加气膜附壁性,具有更高的冷却效率,这样就提高了气膜冷却效率,按照国内外航空发动机行业的说法,采用异型孔气膜冷却技术,可以让航空发动机燃烧室、高压涡轮等热端部件冷却效率从0.3提高到0.5,这样就等于提高热端部件耐受高温的能力,从而提高发动机的性能和可靠性。
 
 
 
  国产航空发动机涡轮叶片异型孔加工设备
 
 
  不过航空发动机热端部件内部空间狭小,在这么狭小的空间里面加工异型孔困难非常大,存在五轴坐标联动转换、自动对焦与补偿、法向自动检测与倾角控制、CAD驱动多工位自动化加工等众多技术难点。由于国内经济技术水平和工业基础限制,国产航空发动机长期未能攻克这个难关,造成热端部件冷却效率较低,相应就限制发动机涡轮前温度,从而降低了发动机推力和可靠性,经过努力,相关单位终于攻克了这个技术难关,这样就为国产航空发动机提高涡轮前温度打下了坚实的基础,也表明国产航空发动机推力、可靠性将会有一个大幅度增加。
 
  随着技术难关逐一被攻克,WS-15航空发动机距离成熟已经指日可待,中国空军装备完全状态歼-20应该已经为期不远。