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为什么中国已经取得了航天发动机的进步之后,又急于打破发达国家对航空发动机技术的垄断呢?为什么在发动机专家眼中,技术远远比优质零件更重要呢?
而人们常说的航空发动机和航天发动机又有什么区别呢?国家已经够忙的了,为什么还要坚持研发属于自己的国产航空发动机呢?那现在中国的航空发动机科研成果又取得了哪些成就?我们与有百年经验的发达国家目前还有哪些差距呢?
一:尖端科技同飞跃,文人积习消除却
首先,大家要了解一下什么是航空发动机?航空发动机它简单来说就是一个能够给机械提供动力的热力器械,一般主要是运用于飞机上面。
当然,它并不仅仅只是运用于飞机。像船、移动电站,甚至是地面发电和天然气的供给,哪怕是石油管线泵站等领域当中,人们都可以看到这个热力机械。
而它的热力机械与普通的热力机械又不一样,它是高度复杂和精密的层次。航空发动机在飞机上被运用,就相当于是人体心脏的功能一样。不仅可以在飞行的时候创造特别大的动力,而且还能够推动国家航空事业的全面发展。也就是说它非常重要。
中国在航空发动机的研发历史当中,基本上是史无前例的。真正说航空发动机拥有了百余年的历史发展,也绝对不是指中国,而是指以美国为首的西方国家。
现在在国际上真正能够排进前4名的航空发动机研发强国,是美国、英国和法国以及日本。那为什么没有俄罗斯呢?据后来专家研究称,俄罗斯在研发航空发动机的时候,突然开了一次小差。
说他们在某一阶段偷了会懒,这就被其他国家给超越了。所以俄罗斯排在了国际的第5位,虽然俄罗斯现在国内还有留里卡-土星公司,也是向世界各国提供航空发动机的强大公司,但是其地位只能排在第五。
不论怎么排名,这个排序当中都难以见到中国上榜。中国在交通领域和其他研究领域陆续也取得了突破,但是在高度复杂和精密的热力机械研究方面,的确还有提升空间。
至于为什么中国一定要铁了心去打破发达国家对世界各国的技术垄断?这个问题非常复杂,需要全面进行剖析。但总归原因只有一个:为了自身的科技发展考虑。
紧接着,大家可以先了解一下航空发动机的发展历程。航空发动机并不是横空出世的,它最先开始运用于市场上的机械名字叫做活塞式发动机。它的工作原理就是通过活塞承载燃气,然后工作制造压力。
再把压力反复作用在气缸里面,也就变成了一个运动转变为曲轴的旋转现象。这种发动机在20世纪初期时开始被运用于工厂中,莱特兄弟将这一物理现象运用在了飞机者1号身上,并且还顺利完成了飞行实验。
所以人们记得莱特兄弟是最先完成飞行实验的现代人时,也应该记得他们所实验的飞行者1号身上搭载的就有航空发动机的前身,它的名字叫做活塞式发动机。
这也是全球历史当中第1次具有可以载人、平稳运行,并且还是在人手操作的情况下完成的一次搭载了动力装备的飞行器。这样的飞行实验也是前无古人的壮举。
活塞式发动机在一战中被运用得很广,这也推动了全球飞行事业的进步。然后在第2次世界大战中,该发动机又全面取得了进步。当时各个国家也希望能够在二战中取得航空方面的优势,所以就加大了对航空发动机的研发程度。
他们就在活塞式发动机的运行基础上,优化了性能以及提高了效率。之前活塞式发动机的效率可以达到10kw,在二战时期的发动机已经可以达到kw,这完全是质的飞跃。
而且对油耗的使用量也明显缩减了。在一战时期,活塞式发动机每小时需要使用油量为0.5千克,在二战时期普遍的发动机所需要的油耗只有0.25千克。
油耗量减少,难道仅仅只是节省了能源吗?不是,这就对于飞机来讲节省了很多资源的消耗。它可以帮助飞机在同等油量的情况下飞的时间更久,飞的里程量更多。
所以经过这两次世界大战,导致活塞式发动机的技术已经被各个国家瞄准了。在人们的重视之下,活塞式发动机的技术已经全面得到了优化,人们运用这类发动机的技术已经开始变得更加娴熟。
那么,活塞式发动机主要是由哪些零部件组成呢?主要的还是要有气缸,活塞,连杆,螺旋桨,减速器等等。但是这都是大的零部件,大的零部件下面又包含小的零部件。就拿气缸这一个零部件来讲,气缸对于活塞式发动机来讲是一个小的零部件,但是气缸下面还有混合器零部件。
混合器下面还有小的零部件,比如说要装汽油的设备和进入空气的设施等等。所以从这个角度来看,航空发动机不论是前面的活塞式发动机还是后面现代化航空发动机,它都是一个极其精密且结构复杂的热力机械。
所以,一个国家想要真正在航空发动机领域中取得科研进步,必须要了解整个发动机的组成和运行的机构。人们除了要掌握发动机需要哪些零部件的知识之外,还要合理的运用操作发动机的技术。
活塞发动机之后就是涡喷、涡扇发动机,这是在上个世纪30年代后期到40年代初所研发出来的新型航空发动机。它在德国和英国首先被研制出来。
涡喷和涡扇发动机被称之为是现代喷气发动机,它的组成结构是有气管和压气机以及燃烧室,甚至后面还加上了涡轮以及尾喷管。战斗力非常强,它也开创了喷气对航空事业的新纪元。
但是这两种款式的发动机从原则上来讲,它们的运行原理是差不多的,都是需要产生和输出能量。而这个完成的过程是需要机器进气,然后通过加压和燃烧,最后通过排气这4个环节完成能量的产生和输出。
只不过经过涡轮的燃气能量加大了,所以导致发动机能够吸进来的气流变多了,而发动机的效率和运行速度也得到了优化。于是取得进步之后的现代涡轮喷气发动机也就被运用得更广泛了,比如说飞机和运输机,甚至是歼击机等等。
紧接着第3代发动机叫做涡桨和涡轴发动机,它是一种新型的动力设施。它将涡桨发动机完全替代活塞,螺旋桨发动机增加了减速传动系统和推进器以及燃气发生器。
这种发动机每分钟可以达到转,产生的效率更高,飞机的负重量可以更大。但是由于这种发动机的结构非常复杂,制造的成本也非常高,所以慢慢就让国际研发这种发动机的天平瞬间就倾斜了。
人们没这么多钱去制造这种发动机,所以那些经济发达的强国慢慢就将技术牢牢地掌握在了自己手中。也就是从这一段历史开始,以美国为首的西方国家,最终走上了在航空发动机对其他国家垄断技术和零部件的道路。
二:工农子弟竞攻坚,哪怕科技关险
自此之后,国际上所出现的航空发动机,主要公司都集中在美国,英国,法国。美国比较著名的航空发动机有美国通用电气航空集团,普拉特惠尼特公司。还有英国的罗尔斯·罗伊斯公司和法国斯奈马克公司。
后来居上的就是俄罗斯,但是俄罗斯目前排在了世界第五。国内也只有一家航空发动机研究公司,名字叫做留里卡-土星。虽然全球范围内能够制造飞机的公司差不多在10家左右,但是能够给飞机和其他工业领域提供航空发动机的供应商真的屈指可数。
要知道,航空发动机它并不仅仅只是运用在军用飞机方面,这还涉及到了民航工业。拿中国的数据来说话,年到年这20年的时间里,中国官方公布的数据是称我国所需要的军用飞机,数量将会控制在1万架以内。
但是这些军用飞机它所需要的航空发动机如果不是国家能够提供的话,那么对于我国的军事发展自然也会产生一定的影响。倘若国家处在20年的和平阶段,那么还有可能会为中国科学家研制新型的航空发动机创造比较好的氛围。
但凡和平年代的氛围被破坏了,那么祖国只能对外加强对航空发动机的进口量。如果以美国为首的科研国家掌握了航空发动机,他们要大发战争财,去提高该产品的出售价格,那么自然会影响国内的经济。
比如说al-31也是航空发动机的一种新型型号,它是俄罗斯公司研制出来的发动机产品。年,中国对俄罗斯进口该类航天发动机一共花了5亿美金。共采购了台这类产品,那么平均算下来一台发动机的价格就是多万美元。
这还是和平年代的价格,但凡国家遇到了国际危机事件这个价格或许连半台都买不着。为了给国人创造更大的安全感,综合国力能够得到更好提升,在科研方面我国必将会走上自主研发的道路。
这并不仅仅只是为国家省钱而考虑,其实也就是为了防止在必要时期不被其他国家趁火打劫。那说了这么多,航天发动机和航空发动机为什么又有明显的差距呢?
其实这两种发动机虽然只是差了一个字,但是它的制造难度以及使用效率明显不在一个层次上。航空发动机可以循环使用,但是航天发动机是一次性使用产品。
而且,航空发动机对于安全性、可靠性以及使用寿命和经济性的要求都非常高。航天发动机在航空发动机面前只能算是小弟。目前中国在航天发动机上已经有了最新进展,在军用航天发动机方面已经不再只需要依赖进口产品。
但是把目光放在民用航天发动机上,这就很尴尬了。因为中国在民用航天机上除了零部件之外,发动机产品也还正处于依赖进口的状态。
那么,中国在研发航空发动机这方面所遇到的最大难题又有哪些呢?第1个问题要明白,工业材料并不是首要解决的难题,而是要提高科学家的设计能力。
相信有很多人曾经听说过“中国航空发动机所取得成就小,主要是因为中国市场上所提供的工业材料不行”。其实这种说法完全是错误的。
如果中国科学家连航空发动机的图纸都画不出来的话,他们又怎么知道哪些工业材料对于航天发动机和航空发动机的研发更有优势呢?
其实在发动机使用之后,所采用的零部件都将处于共振的情况下,工作时间一长都有可能会被损害。于是除了有研发人员之外,必然还会配有检查和维修人员。他们就是去看看这些零部件哪里出了问题,哪些需要更换。
所以发动机上的零部件永远都不是最让人头疼的问题,大不了可以进口,大不了可以加强研制能力。但是最终都逃脱不了零部件会被震坏的最终结局。虽然说好的零部件可以延长发动机的使用时间,但结局依然是固定的,毕竟没有用不坏的零部件。
而研发技术和设计能力就不一样了,这是软件的问题。只有科学家将零部件合理的使用,设计成了一个让零部件不处于共振的环境下工作。那么就可以更好地避免零部件被损坏的结局。
所以中国科学家想要打破强国对发动机技术垄断的现象,第1步要提高自己的设计能力,才能够去谈后面的事情。不过国人也应该对国家航空发动机工业制造领域抱有更多的信心,因为从研发到生产,中国在这条路上走得十分艰苦,但信心十足。