航空发动机制造难点

航空发动机始终是国内的弱项，直到“昆仑”和“太行”出现，才有了自己的知识产权。本次谈谈航空发动机的研制难点。

“太行”航空发动机

AL-31F航空发动机

记：从外表工艺看，感觉涡扇-10好于AL-31F。

秦：AL-31F在生产工艺上有重大突破。比如转子叶片，尤其在燃烧区的叶片，既要受到高速旋转的动力，又要受到两千多度的高温冲击，所以必须是耐热的合金钢。而同样用这个材料，就有加工工艺问题。如果你加工不精确，叶片形面重复率就很差，即每组叶片不完全相同，就会导致发动机性能下降。再如发动机叶片叶根中有很多小孔，从涡轮轴里传出来的散热空气通过这些小孔流到叶片外面去，把叶片的热量带走。这种冷却方式要求加工相当精密。你要没有这些加工工艺就做不出来这些孔，那样就只能从别国买你这个叶片的制造专利。美国在这方面工艺非常好，像F-18的发动机F404，这个发动机燃烧区的叶片在旋转时与外环没有间隙。

F404航空发动机

记：叶片是与外环直接摩擦?

秦：是的。它的叶片尖部有一种软结构，像非常薄的纸片，就贴在外环上，旋转时就和外环摩擦，但摩擦力非常小，几乎和没有一样。这有什么好处呢?叶片旋转时空气被挤压后向叶片的背面返压，如果是F404发动机这种工艺，返过来的空气动力损失就小了。这个间隙越小，发动机的效率就越高。像米格-15的发动机BK-1A，它的这个间隙是1.3毫米，就使涡轮效率降低了3％，这就很可惜了。如果发动机有3吨的推力，90千克的推力就没有了。在战斗机

上，减少每一分重量、增加每一分推力都是战斗力。F404的涡轮损失几乎就是零。

俄罗斯发动机在工艺上要比美国通用、普惠及英国罗罗的差些，但也有它的优点，比如发动机总造价便宜。苏联

发动机不是和美国争精密，而是争作战效果。

记：不精密能出作战效果么?

秦：他的目的就是在格斗的这五分钟，这五分钟我比你强，我就是胜仗。当然我这五分钟是用两千人一万小时保证的，你那个五分钟是用3个人一小时保证的，成本不同而已。当你没有科学管理手段时，追求的不是性价比，是胜

仗。

像图-154飞机在国际上声誉不好，但我们空军买的图-154就很好，就是因为维护精细，用维护抵消了飞机质量劣势。我一天把每各螺钉都查多少遍，一点毛病没有，飞机不就不出事了么。民航公司买的图—154就不行，因为它没法和空军比维护投入。当然如果算成本，空军的图-154卖票赚钱是不合算的。

总之，你打你的高科技，我打我的高投入。西方发动机靠精密产生高推重比，俄罗斯发动机就靠热能发挥，靠冷却技术，把燃气温度调到最高而烧不坏发动机。发动机无非这么几条路，一是温度提高，提高推力，二是减小摩擦，减小损失。我们国家一直跟在人家后面走，设计能力比俄罗斯差不少。

图—154

记：发动机设计方面为什么很难从俄罗斯学来?

秦：常规的设计各国设计师都知道，这方面是隔行不隔理的，从论文中也能了解一些，但里面毕竟有相当多的技术细节。像国内某型涡喷发动机在初步设计时，军方要求它不要放气，但当时技术难以做到。米格-21的发动机在大速度俯冲时，进气道的效率很高，压缩比很大，比如在进气道时速度是1，到发动机进口时压力可能已经到3或4了。按说这是好事，但发动机承受不了，所以只能在进气道处做两个小窗口，把过大的进气压力放掉，能量就损失了。如果发动机能承受这个气流，提高的推重比用于作战该多好!没办法，如果那么硬的空气进去了，发动机就可能喘振，一

喘振叶片就压断了。以当时的能力，不放不行。

记：这是由于材料问题还是工艺问题?

秦：这个不牵扯工艺问题，主要还是发动机装配问题。同样的材料，一个高明的装配师和一个学徒工装出来的，推重比可能就要高0.2。后来我们的专家在与别人切磋中逐渐把这事弄懂了，现在国内这型涡喷发动机就不用放气，喝

这种硬气流也不噎了，即不喘振了。

和俄罗斯发动机的差距，第一步在设计方面，经验差距，第二在加工制造，第三是试验。就是你这个叶片出来，我得上我这个试验台上把它的总寿命和单位时间寿命等都测试出来。我们有一段时间测试能力不如人家，这样你心里就没数。如果说每一个零部件我都掌握它的特性，那么把它每一部分加起来总特性我就很清楚，那我就知道它总寿命是多少，推重比是多少等等。但你测试能力不行怎办?只能装配成整的发动机，上试验台烧，这样一来研制周期和成本都要变大，只能把几台发动机都烧坏了才能定结论。如果我有测压气机的，有测涡轮轴的，有测燃烧室的，有测叶片的，有测喷口的，有测加力的，等等，这样设计师对每部分性能、寿命都有数了，对整机自然清楚了。否则我只能做好几台整发动机，烧碎一台，动力冲击一台，恶劣气象一台，潮湿腐蚀一台，一烧就上千小时，喝油上千吨，都加在成本里了。而前面那种分项目测试，就不需要整机运转。比如这个是温度问题，我就给你加温，而加温就不见得要烧油，可以是电加温，如果是疲劳问题，我就单独做这个部件的疲劳试验就行。所以发动机赶不上人家设计得那么强，

这是个原因。

CFM-56发动机

再就是加工能力，准确率、重复性和加工精度。像波音-737用的CFM-56发动机，原来是和F100发动机竞争F-16的，竞争未果就转为民用。如果看过CFM-56发动机的内部。你就知道这是钟表级精密的发动机。拇指大的叶片中密布许多个小散热孔。而在拆解实际的发动机之前，你的了解只能是在理论上，你不可能知道那些小孔是怎么摆的，怎

么加工出来的，也不知道那个气路是怎么走的。

记：发动机是否好拆解?

秦：拆之前你必须想想有没有技术把它攒回来，想想怎么把它端起来，着力点在哪，哪个部件不能损坏了。它不是拧一个个螺丝，必须得有相应设备。总之，看了CFM-56发动机后发现里面很多技术都有启发意义。其燃烧区的涡

轮叶片与外环也是没有缝隙的。

记：从AL-31F和涡扇一10看，发动机前面冷区的压气机叶片与外环之间部有不到1毫米的间隙。

秦：这对压气机影响不是很大，因为它有9-16级左右叶片，一层定子一层转子，定子负责给气流导向。叶片与外环无间隙是为了增压，而压气机部分增压比不是越大越好。每一层叶片的效率值如何取得最佳状态，如何用最小的重

量和能源投入来取得最大的推力是设计师要考虑的。

记：叶片转速能达1分钟20000转，离心力巨大，您当机械师时遇到过叶片断裂么?

秦：冷段和热段的叶片碎裂我都遇到过。冷段叶片断裂危害也很大，能把整个发动机打碎。热段的叶片断裂能穿透发动机筒壁再从飞机的肚子里穿出去。涡轮叶片折断常有发生，如果机务人员能在地面发现，那就是立功了。断裂一般都有征兆，一开始也就十分之一大的小细缝，第一个能发现的人肯定立三等功。当时什么探伤手段都没有，就是靠眼睛看，这些裂纹手摸着什么感觉都没有。原来南苑机场空军有一个训练团，一架歼-5的涡喷-5的涡轮叶片在第二个起落时断了一截，这一截旋了一个螺旋状，从加力燃烧室与外筒壁的通道处向喷口外打出去了。这个断裂的叶片才几厘米，但对面的叶片与它重量就不平衡了。涡喷-5的转速是1分钟11 560转，转子马上就乱转了，把发动机外环刮得像车道一样。那些叶片都弯了。那架飞机还不错，安全落地了。它当时在大红门上空叶片断裂的，如果离机场再远10千米，它就不能活着回来了。那时候没有零一零座椅，必须在3 000米以上高度跳。当时的座椅下面是发射弹，不是现