高性能航空发动机制造技术及其发展趋势高育峰

高性能航空发动机制造技术及其发展趋势高育峰

高育峰

中国航发贵州黎阳航空动力有限公司贵州贵阳550000

摘要：人类每一次在航空领域取得重大突破都和航空技术的突破与进步息息相关，航空发动机逐步变成一个国家综合实力、科技水平以及军事实力的重要特征，随着当前航空科技正在快速的发展，国防建设的要求逐步提升，航空发动机一定要满足航程远，速度高等新一代飞机的必要需求。

关键词：高性能；航空发动机；制造技术；发展趋势

1高性能航空发动机制造技术

1.1精密制坯技术

精密制坯工艺主要包含了精密锻造制坯、精密铸造制坯和3D打印技术制坯。这为现在的航空发动机制造技术提供了非常重要的保证。传统发动机在零件制造的过程中，毛坯往往是黑大粗。而且在毛坯里面的很多材料需要进行后续加工，并要把它们进行切削或其他方式去除。随着这些年以来航空发动机技术的快速发展，诸如风扇液压机里面的叶盘、叶片以及机匣支配都已经发展出了相应的精锻生产线和毛坯模锻制造工艺等，像诸如整体涡轮盘涡轮、叶片整体涡轮、导向器的制坯都采取了精密铸造方法，在最简单的附件，诸如机匣都形成了整体精密铸造制坯的技术。

在这其中3d打印技术也被自称为增材制造技术，主要继承了CAM、CAD、激光加工、粉末冶金等诸多技术，通过3d打印机技术，可以很好的把大脑的思维逐步转变成存在的三维实体，将电脑上出现的零件图像打印为真正存在的零件。通过3d打印技术的使用让加工理念和制造技术出现了革命性的革新，澳大利亚某大学首先成功制造出来第一个3d打印喷气发动机，与此同时还和空客集团、波音公司等进行合作，给波音公司提供使用3d打印技术设置出来的发动机原型机，并进行飞行测试。通过3d打印机可以很好的将发动机零部件的制造时间缩短，一般情况下可以从三个月缩短到五六天。

1.2先进的焊接技术

1.2.1扩散连接焊技术

扩散连接焊往往也被叫做spf/db技术，这种技术是焊接和成型技术相结合的一种工艺，也就是在超速性成型的时候进行扩散性焊接，在扩散性焊接的时候进行超塑性成形，宽弦空心风扇叶片就是通过这种技术进行制造，伴随着宽弦空心风扇叶片技术逐步发展成熟，使用宽弦空心风扇叶片成型的工艺时间和技术难度也在逐步增大，空心风扇叶片在合格率和全新效率力学性能等方面也逐步提高。

1.2.2线性摩擦焊技术

线性摩擦焊主要是在惯性摩擦焊的基础上逐步发展形成出来的，它主要通过两个接触工件之间进行相对运动而产生很大的热量，在接触面的区域内出现塑性形变，当摩擦加热区的温度达到一定程度的时候就停止震动及其它相对摩擦运动，这样两个控件就形成固态连接了。线性摩擦焊的技术可以把空心叶片和盘盘焊接到一起去，变成航空发动机当中的空心叶片整体叶盘。

1.2.3电子束焊技术

电子束焊主要是通过高功率密度电子束的能量，来让各个材料零件之间形成焊接，这整个焊接的过程都是通过计算机进行控制，确保了整个焊接过程中的厚度和精度在可控的一个条件下。电子束焊接可以把航空发动机的两级或者多级整体叶盘进行组合焊接变成一个串联式的整体，不单可以对螺栓连接进行替代，让构件的重量得到控制，还能让转子的刚度和强度得到提升。

1.3刀具、机床、构件一体化技术

刀具在进行切削加工中是最主要、最直接的一种工具，在对切削航空发动机钛合金、高温合金、不锈钢材料进行切削加工的过程中起到了非常重要的作用。然而传统的刀具已不能达到现代航空发动机高效加工的具体要求，刀具都朝着高效率、高可靠性、高精度的方向进行逐步发展。复合材料加工需要使用专用的刀具。一些可以预测使用寿命的智能刀具也在逐步得到应用，数控机床的使用逐步解决了航空发动机当中几乎所有零部件的加工。

1.4复合材料制造技术

复合材料在现在的高性能航空发动机中已经得到了非常广泛的使用，为了进行发动机研发的需要，斯奈克玛公司通过三维编制树脂转移模塑（RTM）工艺技术，进行了复合材料风扇机匣以及复合材料风扇叶片的加工制造，RTM技术制造的发动机零件具有强度非常高的特点，而且质量只有结构相同的钛合金部件的一半。在研发f119发动机的时候，惠普公司进行了sic纤维增强钛基复合材料宽弦风扇叶片的制造。这种复合材料制造的叶片具有刚度非常高、质量非常轻，而且耐撞击等诸多性能。在国内复合材料制造技术也逐步在航空发动机零部件制造的过程中使用熔体自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料风扇叶片。该技术在研制过程中取得重大突破，熔体自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料风扇叶片高效加工、表面强化以及抗疲劳等诸多性能实现了。

1.5再结晶抑制技术

单晶高温合金的材料优势主要是因为单晶叶片消除了晶界，而再结晶的过程中会显著体现出单晶合金耐高温性能下降的情况。单晶叶片铸造成型之后，还需要做好气膜孔加工、榫齿磨削、缘板侧面铣削、叶尖铸造工艺孔焊接，进行相应的热处理和装配等后续的工作。发动机在运行的时候，叶片处于高速旋转的状态需要承受冷热气流的冲击以及高温、剧烈震动、巨大载荷等诸多条件，都有可能会出现在结晶的情况，并造成多起涡轮叶片失效等故障。所以这些年以来，国内外纷纷研究如何进行预回复热处理渗碳涂层以及相应的去除表面变形层、抑制结晶等手段。

2航空发动机制造技术的发展趋势

第一步需要在设计的过程中对发动机的结构进行简化，最好采取标准化系列化的设备，将可以很好的对产品通用性进行改善，控制制造的成本。简化结构需要在设计的时候减少零部件的数量，产品需要进行系列化、标准化的设计，最好就要有通用性，避免一些专用工装设备的产生。第二步需要对毛坯进行精化，减少材料的使用和加工成本的增加，技术主要有冷热变形等技术或者是粉末冶金技术，第三步需要对生产过程中的加工方法、工艺参数进行优化，在确保工件加工质量的前提下，需要达到最佳的经济效益，第四步，需要开发应用一些比较先进的制造技术，诸如一些大流量的风扇发动机，高温涡轮的都是因为加层空心风扇、叶片内部冷却叶、发汗叶片、蜂窝结构等制造工艺后才逐步实现的，在未来的先进发动机也需要解决诸如陶瓷技术金属基复合材料等零部件的制造后，才有可能实现。最后需要注意进一步的增强计算机网络技术在制造行业中的使用，当前计算机分析技术逐步发展起来，在制造行业当中需要逐步增加计算机制造技术的开发和应用力度，让计算机技术的优势充分发挥出来，和先进的自动化技术进行结合，尝试使用一些无人仓库，无人车间等，这样可以让自动化程度和劳动生产率得到进一步提高，通过计算机开发优化管理系统的应用可以在生产和管理中逐步达到自动化。

结束语

从当前的角度进行分析，先进的制造技术是高性能航空发动机进行发展的基础，发动机技术在发展的过程中越来越依赖工艺和材料等技术的进步，与此同时，高性能航空发动机的发展和需求，又让制造技术逐步发展迈向更高的高峰.我们一定要积极进行高性能航空发动机制造技术的研究和发展，在对先进制造技术进行消化吸收的过程中，逐步结合我国航空发动机行业当前的实际需求和情况，进行自主工艺的创新，并且通过科学的工艺管理方法，采取先进装备的辅助，不断让我国航空发动机制造工艺逐步形成具有中国特色的航空发动工艺，不单单需要达到行业需求，还需要积极带动整个国民经济的发展。

参考文献：

[1]王增强.高性能航空发动机制造技术及其发展趋势[J].航空制造技术，2007（01）：50-55.

[2]王辉，周明星，吴宝海，李小强.航空发动机先进材料高性能零部件制造技术进展[J].航空制造技术，2015，492（22）：47-51.