民用航空发动机制造技术及发展

民用航空发动机制造技术及发展史

2020-06-23 10:59:07发动机 / 皇冠

航空航天制造技术水平和生产能力是一个国家制造实力和水平的综合体现，得到世界各国的高度重视和优先发展。为实现航空航天制造的转型与升级，需在制造数字化、智能化上下功夫。金属加工杂志社发挥自身优势，为航空航天领域的企业与用户搭建了一个有效对接的平台，于2020年5月24日下午2点举办了“2020航空航天先进制造技术在线论坛”，围绕 “ 数字化、智能化，助推高质高效发展 ”的主题深入展开，特别邀请到了航空工业、中国航发、航天科工等单位的重磅专家及装备企业代表作精彩的专题 告，并实时在线互动答疑。别开生面的专业直播吸引到了大量航空航天领域的业内人士，实际观看累计量超过1.7万人次，获得了观众一致好评。

航空发动机是飞机的“心脏”，直接决定了飞机的性能。因为其涉及几乎所有高精尖的设计、研发、制造工艺，被誉为航空工业“皇冠”上的明珠，中国航发南方工业有限公司研究员级高工刘青海总工艺师此次论坛与我们分享了民用飞机航空发动机制造技术及其发展。他在 告中指出：航空发动机的先进性是衡量一个国家科技、工业、经济和国力的重要标志，作为世界上具有航空发动机独立设计、制造的国家之一，我国目前已经建成完整的发动机设计、研发、制造体系。未来，随着材料、制造等基础工业的发展，航空发动机将迎来新的飞跃。

刘青海

中国航发南方工业有限公司总工艺师、研究员级高工

主持中国航发南方工业有限公司机械加工工艺制造体系建设与航空发动机机械加工制造技术研究。获得 “工程技术” 类国务院政府特殊津贴，集团公司 “航空 国突出贡献奖“，在航空发动机型号研制中荣立中国航发南方工业有限公司个人二等功，中航工业发动机动力公司 “航空 国动力金奖” ，中航工业发动机 “总经理特等奖” 等奖项。

航空涡轴发动机结构特点

01

大量采用整体叶片盘

整体叶盘在20世纪80年代首先在涡轴发动机上应用，已成为发动机技术发展方向，可带来“减重、减级、增效、提高可靠性”的技术效益，据2005年公布的数据，JSF升力风扇尺寸已达到：叶盘直径 Φ50英寸（1270mm），叶片长度19英寸（480mm），整体叶盘尺寸越来越大是未来的发展趋势。

02

大量采用整体铸件

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大量采用不可分解的精密焊接件

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大量采用空心冷却叶片及结构件

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大量采用减轻重量的等强度设计结构

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采用内置油箱和大量的内置管路，替代以往的外置结构

与目前在役涡轴发动机相比，机匣结构越来越复杂，具有散热、储存滑油及复杂封闭的应急油箱功能。发动机外部管路数量减少三分之二，集成到主、前机匣、附件传动机匣，内部油、气路多，异形变截面小孔径，部分管路交叉。

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采用单元体结构

航空涡轴发动机工艺特点

01

环类件大量采用旋压和精密净成形等工艺

大量采用轻量化工艺成形技术：降低成本，实现绿色制造，对于安装边、火焰筒、扩压器前后挡板等薄壁环形静子零件，采用钣金冲压、液压或旋压近净成形。除旋转盘轴、弹支等零件采用锻件外都采用净成形工艺。

02

大量构整体结件采用精密铸造工艺

可适应发动机高的可靠性，高的功重比。结构紧凑，集油路、气路于一体，型腔复杂、薄壁窄槽。各类机匣、轴承座、导向器等均采用整体铸件大精密铸造机匣均为集成度高的整体件，最小壁厚仅1.2mm。

03

零件精度尺寸要求高，部分尺寸精度达到微米级

整体叶片盘：叶片前缘最小为R0.03mm，叶形公差±0.03mm，航标最高级别1级公差为±0.04mm，超出了国内叶片标准最高要求。

轴类外花键齿距累积误差0.01mm，国家花键标准最高级别4级为0.025mm，超出了国标最高级别。

燃油喷嘴：产品结构尺寸小，涡流片最小孔径Φ0.53mm，尺寸公差精度达到了5um，径向扩压器有31处变截面式型腔流道，喉道粗糙度0.6um，轮廓度0.02mm，对设备精度及工艺方法提出了很高的要求。

04

流道部位刀纹走向加工

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大量采用电解/化铣等特种加工

涡流机匣内外壁、燃烧室机匣外形加工等普遍采用电解或化学铣方法，实现无应力加工，减少加工变形。

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大量采用电子束焊、钎焊工艺，代替手工焊接工艺

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大量采用薄壁焊接件

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大量采用喷丸强化处理

采用多种喷丸强化处理，可显著增强零件疲劳寿命。

压气机叶片盘国内首次采用湿喷丸、玻璃喷丸工艺、激光喷丸工艺，喷丸参数与叶片的变形规律难以掌握。涡轮盘榫槽及腹板、弹性支承、输出轴鼠笼部位，前后挡板均采用喷铸钢丸、陶瓷丸工艺强化技术。涡轮叶片榫齿采用刚喷丸、陶瓷喷丸工艺。

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大量采用表面光整技术

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涂层工艺种类繁多

封严涂层：Ni-石墨25%、AlSi12%、氧化锆、铜镍铟、NiAl/Al2O3等，涉及涂层制备工艺有火焰喷涂、大气等离子喷涂、真空等离子喷涂、真空电弧离子镀等，以适应发动机高转速和温度。

热障涂层：CoNiCrAlY、气相渗铝、无机铝抗冲刷防腐涂层、K6509喷涂NiCrAlY+氧化锆热障涂层、硬镍层化学镀等，需开展产、学、研等工艺攻关。

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大量采用高强度、高硬度难加工高温合金材料

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