新一代航空發(fā)動機的研制越來越多地依賴材料和制造技術(shù)的進步吕座。高性能航空發(fā)動機研制的迫切需求將促進航空發(fā)動機關(guān)鍵制造技術(shù)獲得新的突破。中國航發(fā)商發(fā)以“兩機”專項為契機，明確目標(biāo)言雀、聚焦瓶頸、集智攻關(guān)必胜、加速成熟刚哼，助力我國商用大涵道比渦扇航空發(fā)動機早日實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

新型航空發(fā)動機研制是我國實現(xiàn)從制造大國向制造強國成功轉(zhuǎn)型的標(biāo)志之一誓梦，在“中國制造2025”十大重點領(lǐng)域規(guī)劃中占據(jù)重要地位丹残。隨著國產(chǎn)商用大涵道比渦扇航空發(fā)動機研制的不斷深入，開展商用渦扇航空發(fā)動機關(guān)鍵制造技術(shù)研究夯饲，對保障項目工程化研制順利推進具有重要意義搬体。

新一代商用航空發(fā)動機研制的主要特點與挑戰(zhàn)

與現(xiàn)役航空發(fā)動機相比，新一代航空發(fā)動機的燃油消耗率撑雨、噪聲裕度垮川、NO_x排放、增壓比戴卜、渦輪前溫度等指標(biāo)均有很大提升逾条。為了滿足日趨嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)要求，需要新的設(shè)計投剥、選材师脂、制造等方面的關(guān)鍵技術(shù)來進行支撐。例如薇缅，LEAP發(fā)動機風(fēng)扇部件采用鈦合金包邊復(fù)合材料風(fēng)扇葉片危彩、復(fù)合材料風(fēng)扇機匣和空心出口導(dǎo)向葉片（OGV），壓氣機采用鈦合金整體葉盤泳桦，燃燒室采用雙環(huán)預(yù)混旋流燃燒技術(shù)汤徽，NO_x排放量同現(xiàn)有CAEP/6要求相比降低約50%娩缰，渦輪部件采用陶瓷基復(fù)合材料渦輪外環(huán)、導(dǎo)向葉片及高溫涂層技術(shù)谒府；PW1000G發(fā)動機采用輕質(zhì)風(fēng)扇葉片拼坎、復(fù)合材料風(fēng)扇機匣，壓氣機采用刷式密封完疫，燃燒室采用浮壁技術(shù)泰鸡，渦輪采用指尖密封等技術(shù)；遄達XWB發(fā)動機采用鈦合金寬弦后掠空心風(fēng)扇葉片躯饿，輕量級鈦合金風(fēng)扇機匣障翼，單環(huán)貧油混合燃燒室，第三代單晶高壓渦輪導(dǎo)向葉片犯弯，鈦鋁（TiAl）合金葉片低壓渦輪導(dǎo)向葉片等谚茅。

新材料、新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的應(yīng)用對商用航空發(fā)動機的制造技術(shù)提出巨大挑戰(zhàn)意澡。先進航空發(fā)動機越來越多地使用了整體結(jié)構(gòu)昙椭、空心結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)蒜丙、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和耐高溫結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)因饥，并開始采用高溫鈦合金、單晶高溫合金溯童、金屬間化合物请立、陶瓷基復(fù)合材料等新型材料。此外吹似，短艙部件具有尺寸大刚垦、壁薄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點喷楣，國內(nèi)制造成熟度較低趟大，加工變形、殘余應(yīng)力控制方面也具有一定困難铣焊。

商用航空發(fā)動機的研制還要接受適航法規(guī)的挑戰(zhàn)逊朽。制造標(biāo)準(zhǔn)的建立與驗證、產(chǎn)品加工的符合性曲伊、制造過程的質(zhì)量穩(wěn)定性等叽讳，都需要滿足適航規(guī)章的嚴(yán)格要求。高性能坟募、高可靠岛蚤、長壽命、低噪聲、低排放和低成本涤妒，是新一代航空發(fā)動機研制的基本特征单雾，標(biāo)準(zhǔn)適用、過程受控她紫、證據(jù)充分是對產(chǎn)品制造過程的基本要求乐慌。

制造技術(shù)管理也面臨新挑戰(zhàn)。設(shè)計泣幼、材料飘含、工藝的正向研發(fā)并行推進，制造技術(shù)研究與技術(shù)管理也面臨著多方案攻關(guān)構(gòu)型管控難度大几垃、試驗驗證資源沖突鼓笨、迭代提升周期緊張等實際問題。

國產(chǎn)商用渦扇航空發(fā)動機關(guān)鍵制造技術(shù)研究進展

為了提高產(chǎn)品的國際競爭力劈狼，國產(chǎn)商用渦扇發(fā)動機研制也具有自身的特點与钳。在新結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面，風(fēng)扇部件采用外涵OGV與支板融合設(shè)計茫失、樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片及包容機匣；高壓壓氣機采用低輪轂比設(shè)計與雙級整體葉盤來提升效率绵捡、減輕質(zhì)量真王；燃燒室部件采用增材制造燃油噴嘴、沖擊—發(fā)散雙層帶涂層異形冷卻氣膜孔等結(jié)構(gòu)安揣；渦輪部件采用新一代三維氣動設(shè)計技術(shù)街立、盤軸一體化結(jié)構(gòu)、主動間隙控制埠通、高升力葉型設(shè)計等技術(shù)赎离。在新材料應(yīng)用方面，壓氣機盤端辱、篦齒盤及高壓渦輪盤采用新型粉末冶金材料梁剔；高低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片采用先進單晶材料及TiAl合金材料舞蔽；短艙系統(tǒng)50%零組件采用復(fù)合材料等荣病。在新工藝應(yīng)用方面，主要涉及增材制造渗柿、復(fù)合材料制造个盆、焊接及特種加工、高效數(shù)控加工朵栖、表面工程颊亮、微尺度、弱結(jié)合缺陷無損檢測、智能化裝配工藝等终惑。在共性基礎(chǔ)技術(shù)方面沸根，主要涉及的工藝設(shè)計一體化、抗疲勞制造淀祟、邊緣處理憎对、多余物與清潔度控制、禁限用工藝等都獲得初步應(yīng)用酌铺。

增材制造技術(shù)

增材制造技術(shù)具有提升設(shè)計自由度散岩、減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量、縮短研制周期等特點辕洗。目前萌圣，已經(jīng)實現(xiàn)燃油噴嘴、中央傳動齒輪箱（IGB）機匣趋亡、軸承座等的研制低海，為國產(chǎn)商用航空發(fā)動機研制在結(jié)構(gòu)整合、性能提升挪其、降低成本顿蝇、縮短周期方面發(fā)揮了重要作用，典型零部件如圖1所示什猖。存在的主要問題是標(biāo)準(zhǔn)體系不健全票彪、缺乏增材制造零件適航經(jīng)驗等。后續(xù)主要工作方向是完善增材制造相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不狮，推進適航驗證工作降铸。

圖1   增材制造的典型零部件

復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)

復(fù)合材料具有抗疲勞、耐腐蝕摇零、質(zhì)量輕推掸、可設(shè)計性強等特點。歷經(jīng)多年技術(shù)攻關(guān)驻仅，已實現(xiàn)風(fēng)扇葉片谅畅、風(fēng)扇流道板、風(fēng)扇包容機匣等的裝機應(yīng)用噪服，典型零部件如圖2所示铃彰。主要改進方向是進一步提升復(fù)雜型面零件成形精度，完成符合性驗證工作芯咧。

圖2   復(fù)合材料典型零部件

焊接及特種加工技術(shù)

摩擦焊技術(shù)牙捉。該技術(shù)具有接頭綜合機械性能好、工藝性強妆吱、質(zhì)量穩(wěn)定橘凿、適用異種材料焊接等特點棱悄。針對商用航空發(fā)動機的研制需求，國內(nèi)研究院所已經(jīng)完成了大噸位摩擦焊設(shè)備研制寡络、壓氣機轉(zhuǎn)子組件鬼壹、高壓渦輪盤軸組件、空心OGV等試制及考核驗證等工作述搀，典型零部件件如圖3所示寥药。后續(xù)工作重點是積累批量接頭性能數(shù)據(jù)，進一步提高焊接尺寸精度和穩(wěn)定性恰避。

圖3   典型的摩擦焊設(shè)備及零部件

真空電子束焊接技術(shù)颅蟹。電子束焊接具有接頭性能高、焊縫熱影響區(qū)及焊接變形小获殉、工藝穩(wěn)定等特點令消，已在靜子組件、壓氣機組件轩鸭、機匣組件等關(guān)鍵承力部件研制中獲得應(yīng)用陋住。后續(xù)工作重點是圍繞減輕質(zhì)量要求，開展新材料墨闲、異種材料變截面結(jié)構(gòu)的焊接今妄，優(yōu)化焊接工藝，減少焊接變形鸳碧。

真空釬焊技術(shù)蛙奖。主要技術(shù)特點是焊縫質(zhì)量好、變形小杆兵，可用于復(fù)雜、精密結(jié)構(gòu)件的批量焊接仔夺，已經(jīng)應(yīng)用于單晶渦輪葉片琐脏、燃油噴嘴、蜂窩封嚴(yán)等組件的研制缸兔。后續(xù)將進一步提高接頭性能日裙，實現(xiàn)減輕質(zhì)量的設(shè)計優(yōu)化是后續(xù)重點的改進方向。

精密電火花加工技術(shù)惰蜜。電火花加工技術(shù)具有加工過程無機加應(yīng)力昂拂、加工效率高等特點，特別適用于常規(guī)加工難以實現(xiàn)的細微孔推讽、狹窄凹槽的加工逻富。例如，葉片氣膜孔路槐、封嚴(yán)槽拳刚、蜂窩磨削等加工。其主要不足是加工表面存在重熔層及熱影響區(qū)等缺陷，限制了進一步的推廣應(yīng)用楷首。后續(xù)工作重點是開展整體鑄造葉片異形氣膜孔高效自適應(yīng)加工技術(shù)開發(fā)韧仓、雙層壁葉片對壁擊傷防護與控制等工作。

超快激光加工技術(shù)俘汹。超快激光加工技術(shù)具有加工效率高臊链、無重熔層、無裂紋等特點苇均。目前侄掠，已經(jīng)實現(xiàn)熱端部件渦輪葉片、燃燒室氣膜孔的加工砌熬，典型零部件如圖4所示傍念。后續(xù)重點是開展帶涂層異形氣膜孔加工裝備的國產(chǎn)化研制與應(yīng)用工作，降低加工成本葛闷，提高加工效率憋槐。

圖4   超快激光加工典型零部件

精密數(shù)控加工技術(shù)

精密數(shù)控加工技術(shù)具有響應(yīng)快、精度高淑趾、柔性好阳仔、質(zhì)量穩(wěn)定等特點。在商用發(fā)動機新結(jié)構(gòu)扣泊、新材料加工方面近范，已經(jīng)實現(xiàn)大量應(yīng)用，如雙級整體加工（見圖5）延蟹、鈦合金包邊等難加工评矩、大尺度、弱剛性構(gòu)件的加工阱飘。后續(xù)重點是開展自適應(yīng)數(shù)控加工技術(shù)斥杜，多軸聯(lián)動與車銑復(fù)合數(shù)控加工技術(shù)，高精密大行程數(shù)控加工專機沥匈、專線研制等工作蔗喂，進一步提高加工效率，降低制造成本掸昨。

圖5   精密數(shù)控加工典型零部件

涂層制備技術(shù)

涂層制備技術(shù)在延長發(fā)動機壽命妨屑、提高性能可靠性、降低耗油率方面發(fā)揮著不可或缺的獨特作用绿壮。熱障涂層浑云、封嚴(yán)涂層、耐磨涂層主要應(yīng)用于渦輪葉片湃纸、燃燒室等關(guān)鍵部件的研制過程岔爹。存在的突出問題是涂層壽命低茅囱，難以滿足商用航空發(fā)動機的研制要求。主要改進方向是開發(fā)更高耐溫能力的新型熱障涂層材料及工藝旧伺，推進大功率電子束物理氣相沉積設(shè)備國產(chǎn)化浆英，實現(xiàn)長壽命單晶葉片熱障涂層設(shè)備自主保障，建立適用于商用發(fā)動機模擬環(huán)境的熱障涂層考核驗證平臺君祸，開展各類涂層性能的考核驗證批型，逐步提高涂層壽命。

特殊典型結(jié)構(gòu)的工藝集成應(yīng)用技術(shù)

在商用渦扇航空發(fā)動機研制中含滴，還有一類零件诱渤，具有尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜谈况、壁薄勺美、精度要求高的特點，超出國內(nèi)現(xiàn)有發(fā)動機零部件加工能力范圍碑韵。針對這一類特殊典型結(jié)構(gòu)的研制需求赡茸，在研制過程通過聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢研究院所開展工藝集成應(yīng)用技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，基本滿足了型號階段研制需要祝闻。例如占卧，采用突破大尺寸雙曲率非回轉(zhuǎn)體變截面薄壁鋁合金短艙唇口制造技術(shù)，該件最大輪廓超過2.5m联喘，最小壁厚為1.6mm华蜒，面輪廓度要求1mm，厚度公差為±0.3mm豁遭；采用增材制造與精密數(shù)控加工完成大尺寸復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的油路適配器的研制叭喜；突破大尺寸薄壁焊接結(jié)構(gòu)承力渦輪機匣制造技術(shù)等，典型結(jié)構(gòu)如圖6所示党滓。后續(xù)工作重點是穩(wěn)定工藝矗赔、提高效率、降低成本之灼。

圖6   特殊典型結(jié)構(gòu)的工藝集成技術(shù)應(yīng)用

加速關(guān)鍵制造技術(shù)突破與成熟的思考及建議

經(jīng)過多年研制的迭代，我國商用渦扇航空發(fā)動機關(guān)鍵制造技術(shù)取得了長足進步创邦，基本保障了項目研制的階段需求比紫。但是，對標(biāo)適航認證丝您、商業(yè)化的需求蕾捣，關(guān)鍵制造技術(shù)與國際先進水平還存在不小差距。加之但珍，在進一步減輕質(zhì)量及優(yōu)化方面的設(shè)計需求齐寻，還將給制造技術(shù)帶來新的更大挑戰(zhàn)粉簇。

為此，我國商用渦扇航空發(fā)動機研發(fā)堅持任務(wù)牽引刨吸、系統(tǒng)策劃蛀膊、聚焦瓶頸、迭代提升的總體思路底挫，以系統(tǒng)工程理論恒傻、技術(shù)軌道理論、技術(shù)成熟度理論建邓、先進工藝管理理論為技術(shù)支撐盈厘，充分挖掘工藝資源環(huán)境條件的潛力，立足自主官边、吸收借鑒沸手、夯實技術(shù)基礎(chǔ)，大力推進關(guān)鍵制造技術(shù)各專業(yè)學(xué)科的分類研究注簿，不斷提高技術(shù)成熟度契吉。

中國航發(fā)商發(fā)結(jié)合型號分階段研制進程，不斷推進瓶頸環(huán)節(jié)技術(shù)措施與技改落地滩援，支撐制造成熟度的不斷提升栅隐，以制造體系保障能力提升作為主要評價指標(biāo)，構(gòu)建完善的管控平臺玩徊，實現(xiàn)型號制造技術(shù)管理相關(guān)方法租悄、工具、流程写寄、標(biāo)準(zhǔn)诲操、工程數(shù)據(jù)庫等技術(shù)資源的有機關(guān)聯(lián)，加速制造技術(shù)突破纽材、成熟帮伙，為型號研制提供堅實的關(guān)鍵制造技術(shù)保障。

結(jié)束語

制造技術(shù)是航空發(fā)動機研制的重要基礎(chǔ)敛纺，航空發(fā)動機性能的提升以及新一代航空發(fā)動機的研制鹰党，越來越多地依賴材料和制造技術(shù)的進步。同時虹体，在高性能航空發(fā)動機研制的迫切需求的牽引之下钓藏，也必將促進航空發(fā)動機關(guān)鍵制造技術(shù)獲得新的突破，邁向更高水平怨耸。

（航空動力 期刊 ）

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