【科技盘点】2017年全球航空发动机创新技术
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导语
虽然经过六十年发展,国产航空发动机仍然满足不了国产飞机日益提高的要求,是长期以来是制约我国航空工业发展的“瓶颈”。我国航空发动机的技术创新与当今航空发动机强国相比,还有相当大的差距,我国真正有计划的研发工作从20世纪80年代才开始,至今尚未走完一个研究、发展和使用的全过程。因此做好航空发动机企业的技术创新是研究中国航空工业发展的重点。回顾2017,让我们看看全世界在航空发动机上又有哪些创新技术?
大数据应用加速
大数据的应用不仅仅依靠数据的体量大,只有通过有效的数据分析才能获取深入的、有价值的、智能的信息。
可视化分析、数据挖掘算法、模型预测分析、数据质量和数据管理等大数据分析方法均已成为决定数据价值的关键因素
。2017年,罗尔斯·罗伊斯公司(以下简称罗罗)宣布正在建立R2数据实验室,期望通过使用人工智能,机器学习和新的分析手段进一步对数据进行“财富”挖掘,实现成本节约。普惠在4月推出了MRO(航空发动机维护、维修和大修)服务平台EngineWise,旨在利用大数据分析为全球运营商提供定制化个性化MRO服务支持。Predix是GE推出的全球首个专为工业数据分析开发的云服务平台。
2017年9月,GE启动了首届“Predix星火计划”,10月底推出了数字工业进化指数。中国航发也进行了积极的探索,黎阳建成了机匣分厂数字化制造系统,以及结构件分厂作动筒数字化生产线,实现了提产增质降耗的“智慧转身”。
罗罗首席数字官Neil Crockett介绍R2数据实验室
增材制造技术颠覆创新
增材制造(又称3D打印)是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术,将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合等产生深刻影响。增材制造让零件设计更加自由,为航空发动机关键技术突破和性能指标提升带来更多可能性。
我国已将增材制造作为《中国制造2025》发展重点,2017年,工信部等十二部门联合制定并印发了《行动计划》,要求到2020年,增材制造产业年销售收入超过200亿元,年均增速在30%以上。
2017年,GE宣布正在研制世界上最大的激光粉末增材制造设备。西门子完成了世界上首个3D打印燃气轮机涡轮叶片及其全面测试。中国航发商发已完成增材制造微型涡喷发动机制造。中国航发航材院牵头的国家重点基础材料技术提升与产业化项目“超细3D打印有色/难熔金属球形粉末制备技术”启动。
值得一提的是,早在2014年初,国家“千人计划”专家、现深圳南方科技大学力学与航空航天工程系教授韩品连就曾指出:
中国航空发动机产业要赶超世界先进水平目前最佳路径就是快速推进增材设计制造在先进航空发动机设计制造中的应用。
▲韩品连
国家“千人计划”专家
深圳南方科技大学力学与航空航天工程系产学研讲座教授
韩教授表示:增材制造将传统的做‘减法’的机械切削加工成型转变为做‘加法’积少成多的堆积成型,不仅能做到很多传统加工工艺不可能做到的成型,更重要的是打破了条条框框,颠覆了传统设计过程中所设置的前提,包括气动外形和传热结构”。增材制造使得任何复杂几何形状都变得与简单形状一样成型容易,它可以像自然万物那样做到使亚表面具有微观结构以满足物尽其用使应力分布更均匀和结构更轻,可以将不同的材料组合和/或混和一体也达到物尽其用使应力分布更合理和结构更轻。
更为重要的是工程师可以在更大的自由空间去发挥想象力,去创新,去开拓更为先进的航空发动机。。他还指出,
我国的发展机遇就在举全国之力快速推进增材设计和制造的理念、方法、手段、工具和相应的规范、标准和准则,
韩教授在深圳南方科技大学力学与航空航天工程系的团队已针对航空航天等零件开展了一系列的增材制造技术探索研究,目前已取得了积极的进展。▲韩品连教授为深翊技术CEO黄茜女士介绍
南方科技大学先进航空增材设计制造实验室
材料技术不断取得突破
航空发达国家都高度重视发动机材料技术的发展。高温合金仍将是高温涡轮部件的关键技术之一,陶瓷基复合材料(CMC)高温部件应用也进一步深入,
GE预测在未来10年内发动机中陶瓷基复合材料的应用量将增加10倍
。大数据、虚拟仿真等计算机技术的应用将有效缩短航空发动机材料研制周期。石墨烯被誉为已知的世界上最薄、最坚硬、导热性及导电性最好的纳米材料。高性能石墨烯复合材料的出现为增强航空发动机材料力学性能、热学性能、耐腐蚀性能等综合性能的提升提供了更多途径。例如,石墨烯加入到陶瓷基体后可以大幅提高陶瓷基复合材料的机械性能,金属基体引入石墨烯也可以提高金属基体复合材料的物理性能、热学性能、电学性能等。
2017年,俄罗斯用最新的VV753粉末镍基高温合金制造出了具有可变结构的涡轮盘。GE完成了GE9X发动机陶瓷基复合材料部件的第二阶段测试。日本研发出可快速自愈龟裂的新型陶瓷材料。美国先进陶瓷协会公开正在开发的1482摄氏度CMC路线图,探索更耐高温和具有更高损伤容限的下一代CMC。中国航发已开创了40多个石墨烯创新应用的研究方向,多项成果在航空装备和国防装备上验证、考核、小批应用。
混合电推进技术方兴未艾
在燃气涡轮动力依然占据主流、电推进技术尚未成熟的今天,集电推进与燃气涡轮之所长的分布式混合电推进系统初露锋芒。
分布式混合电推进系统,是指通过传统燃气涡轮发动机带动发电机发电,为分布在机翼或机身上的多个电动机/风扇提供电力,并由电动机驱动风扇/螺旋桨提供全部或绝大部分推力的一种新概念推进系统,能大幅提高发动机等效涵道比,在减轻结构重量,降低油耗、噪声和污染排放方面具有优势。
2017年7月,在亚特兰大举行的美国航空航天协会(AIAA)推进与能源论坛上,美国航空航天局(NASA)和4家主要发动机制造商中的3家展示了空客A320/波音737同级别客机尾部嵌入风扇的相似设计概念。NASA提出STARC-ABL(带后部边界层推进的单通道涡轮电飞机)设计概念。2017年11月,空客、罗罗和西门子宣布将合作开发一款E-FanX混合动力电动技术验证机,预计在经过全面的地面测试后,这款验证机将在2020年进行首飞。
深翊技术秉承“新模式,新业态,新品牌”的发展理念。专注于航空航天垂直细分领域的资源聚合,形成资源共享的集散,与产学研投等多领域单位建立战略合作联盟,实现科技创新成果精准落地,运用互联+金融的混合商业模式,实现实体经济与虚拟经济的完美共存,将资源+关系+模式打包,为企业提供尽善尽美的一站式解决方案。
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