航空发动机被称为研发制造难度最大的现代工业造物,这么难造吗?

航空发动机被称为研发制造难度最大的现代工业造物,这么难造吗?,第1张

航空发动机(尤其是军用)要在非常有限的体积内追求极致的性能,需要更尖端的材料和更精细的设计,材料能满足几百至几千小时的稳定工作就可以了。三转子(三轴)发动机的是英国罗尔斯·罗伊斯,比如罗罗以前的RB211系列和目前的瑞达系列。

法国没有能力搞先进航空发动机,目前有能力搞先进航空发动机的只有两个国家三个公司,即英国的罗罗,美国的GE和普惠,效率,推力和涵道比,增压比,涡轮前温度都有匹配关系。涡轮前温度越高,匹配的总增压比会提高,民用大涵道比发动机涵道比尽量增大,匹配的风扇亚比会降低,军用小涵道比是尽量提高涡轮前温度,它的要求和民用不同。感觉已经到了现有常用材料的瓶颈了,镍基合金承载温度从700升到1000℃提升的比较快,到1100℃再往上就很难了。1400℃是镍基合金的熔点范围,现在已经0.8Tm了,更高的温度只能指望陶瓷叶片或复合材料叶片了。

现在的航空发动机有离心式和轴流式

地面燃气轮机希望实现高效率、低成本、耐久性和长时可靠性(温度相对低一点,要求材料在更长时间的(10万小时级)稳定运行),对体积要求相对低一点。地面燃气轮机工况相对稳定(比如电站),材料能使用更长的时间;而航发工况更复杂(起飞、爬升、巡航、剧烈机动)导致材料失效更快。这两个领域要做好的话,都需要几十年的持续投入和积累。如果德国和日本要搞先进航发的话,不少东西也是得从头开始。战后德国的人才流失严重,国防工业也被压制。此外也存在需求不足的因素。毕竟欧洲要直面苏联的压力,MD在欧洲防务是很上心的,欧洲人只要想要,总能从美国人那里搞到配备先进航发的战斗机。德国虽然在燃机领域颇有建树,但是航发和燃机的差异还是很大的,没有足够的驱动力,几大巨头们也不愿走这条无止境烧钱的路。

MTU利用自己在燃机领域积累的雄厚实力,参加了不少航发的国际合作,大多负责压气机和低压涡轮部分;核心机一般都是交给美英的合作中完成,这也算是术业有专攻吧。台风配备的EJ200好像也是RR负责核心机,德国人搞压气机。空客的航发都是固定的几家采购,RR(trent系列)、GE和PW(GP系列)或者一些合作成立的公司(像IAE的V2500),德国可能还是以参与为主。自然科学,和工业是可以积累一步一步往前走,所谓后人站在巨人肩膀上。接下来二流的人才从事商业贸易,三流的进了IT行业。那搞技术的,认清形势以后还能坚持的就只有四流的了。最后的最后,把科研落实到生产的现场工人,他们是被很多人看不起的,航发却要通过他们的双手生产,组装,调试。

这长图片更直观

我个人认为航发追求的是极端恶劣条件下(高温高压高应力)保证长期的、稳定的、极端的性能。这个高温就难倒了很多领域:半导体工业有很多技术难点,但是常温或100~200℃左右的问题起码可以通过各种常见设备(SEM,TEM,FIB,3DAP等等)进行研究,实验方法也是成熟的,即使是原位研究是可能的。而在航发中,如高速(甚至是超音速)气流中的燃烧问题、材料在极高温度下(1000℃)的蠕变以及相变过程的原位研究等就是用现有手段难以实现的。

对物理过程的认识和工程方面的实践都存在巨大困难的前提下,还要不断推进技术前沿,我认为是能称得上最难。准确来说是风扇带动的外涵气流产生了超过整机80%以上的推力,单个叶片上的气动载荷超过2吨,而工作时的离心载荷更是达到13吨以上,而GE90-115B的复合材料+钛合金包边叶片更是作为工艺品在博物馆展出(具体哪个博物馆想不起名字了),而作为GE90的后辈GEnx将风扇叶片减少至19片,其单片叶片所承受的气动载荷更大(具体数值没有查过)。

马赫数较低的阶段,涡扇发动机效率高

涡轮其实是个能量转换的部件,就像水轮机的涡沦把水流的势能转换为发电机转子的动能再来发电。航发涡轮是把燃油燃烧产生的热能转化为涡轮旋转的动能,继而带动风扇和压气机产生推力。涡轮温度越低,燃油的热能散失的越多,转化效率越低,所以这是没办法的事情。合金叶片对高温的承载能力有限,可不可以换种思路,将材料的研究着力于耐高温涂料上,高温涂料经过特殊的工艺处理能达到很好的效果,可以减少对金属材料的依赖,转而在涂料材料上去的巨大突破。目前来看,未来可能的替代材料是陶瓷基复合材料(CMC),它的温度能比金属高很多,甚至不需要涂层,但是还有很多问题需要解决。据说GE搞过实验,结果我还不了解。这应该还是很有希望的一条路。

发动机材料不是任何东西都离不开铁,而是铁作为杂质不太好完全消除,而且现在国内的镍基高温合金国军标铁含量也已经可以降低到0.05%,实际产品铁含量更低。而且也不是所有的镍基高温合金都不含铁,比如发动机中用量最大的IN718合金,是含有18%的铁,因为铁便宜。还有,发动机材料选用镍基而不是铁基最主要的原因并不是铁的蠕变温度问题,而是因为铁会发生同素异构转变,镍则不会。此外,钴基材料是更好的高温结构材料,但钴价格太昂贵,所以综合来说镍基材料是最优的。航空发动机为了进气顺畅,是没有致密滤网这种东西的,最多在入口安装惯性或者离心分离器。只有地面装备的燃气轮机如M1 Abrams装备的AGT1500燃气轮机,出于使用环境需要,才会加装滤网,不过M1每次大修发动机时,会发现许多压气机叶片都被没过滤干净的沙粒打出凹坑或者边缘受损。

早期的风扇是窄弦风扇,由实心钛合金锻造而成

俄罗斯(前苏联)很擅长利用系统工程理论,将一个个不够先进的零部件整个成为整体性能突出的产品,最典型的莫过于前苏联米格25歼击机。和欧美同类军工产品相比,俄罗斯的相关产品具有易于维护,粗犷的特点。不能说精良的、精密的就一定是好的,各有各的优点。二战时期的苏德战场将两种风格的优缺点暴露无遗:德式坦克(虎式、豹式等)做工十分精良,制造工艺在当时相当先进,但对维护的要求很高,产量低,在恶劣的苏联冬季气候中无法有效发挥自身的效力;反观苏式坦克(如T-34),结构简单,可利于大规模制造,操作更简单,斯大林格勒拖拉机厂的工人在生产出一台T-34后自己就驾驶着上战场了。随着战事的不断进行,德军装备战损严重,不能得到及时补充,而苏军的装备源源不断涌向战场,最后德军被活活拖垮。 

所以,极端追求设备的先进性成为很多人的误区,如何是现有设备发挥最大效力可能是需要重点解决的问题。飞天巡洋,动力先行,航发技术关乎国家军事力量,是各国最精尖端技术的集合,其面临的问题之广之繁之困难,试验成本之高是难以想象的,比如涡喷发动机燃烧室温度越高性能越好,但哪种材料怎样处理可以在如此高温下的使用就成为了绝对屏障,因为不可能去穷举试验。航发看似粗旷实则精密之极。

航发和燃气轮机的做功过程是布雷顿循环

开发新材料的脚步从未停下,只是在这种环境下满足要求的材料确实比较难开发。现在也有脉冲爆震和超燃冲压发动机的研究,但是在跨音速段,涡扇确实是非常有优势。希望以后能有反重力引擎吧。内流空气系统对维持发动机瞬态工作条件的稳定十分重要,如果稍有闪失就可能导致部件局部过热或者零件间隙偏差过大进而影响性能甚至导致安全事故。钛合金一般用在风扇和压气机叶片,工作温度比较低,正常情况下不会发生钛火。我以前看过一篇关于钛火的论文,主要原因一方面是外物撞击等造成的剧烈摩擦、冲击导致压气机钛合金叶片发生钛火;另一方面就是喘振等导致高温气体从燃烧室反向冲到压气机,导致叶片发生钛火。

为了提高航空发动机性能,RR搞的三转子发动机,pw搞的是齿轮传动,目的都是解藕中压涡轮或低压涡轮与风扇或中压压气机的转速(传统设计,他们是在一根轴上)。大函道比发动机风扇要求叶尖尽量不超音,而风扇直径很大,所以风扇转速不能太高,否则效率恶化。低压涡轮增好相反,转速越高效率越高。一个绳子栓了两蚂蚱,只能互相妥协。我比较关心航发的轴承使用和维护,以现在高氮合金钢轴承(内外圈)氮化硅(陶瓷球滚动体)还是无法满足航发的实际工况温度要求。

那就需要润滑系统的补充,首先是满足高速、高温、高负载(高扭矩)能形成良好油膜,其次需要润滑油交换带走热量,并冷却后输回(油路循环系统)。轴流式更适合多级排列,提高压气比,但是相应的就出现了空气倒流的可能,所以引入了可调静止叶片的概念,和放气活门的概念防止喘震,另外n1 n2转子的速度匹配也要精确控制,因为n1可以认为空转,而n2却要带动其他附件转动,所以转子间的速度匹配也十分困难,就更不用说Rb211及其后来的三转子系列了,所以能搞三转子技术的公司很少。

压气机采用转子+静子的结构

但为什么一定要搞三转子呢?因为三转子相对于2转子压气机的压缩过程更平滑,更加不容易喘震、也就是说可以提高压气比,从而提高涡轮钱燃气总压,提高推力,换句话说,如果难度不大,转子越多可能从某一角度说,发动机将会越好。

航空发动机经历了活塞,涡喷,涡扇三代了,涡扇的潜力也基本到头了,新一代超燃冲压以及爆轰发动机我们和西方站在同一起跑线上,虽然我们基础方面还是会差一点,但是靠着集中力量办大事的优势,下一代发动机上和美英比肩还是很有可能的。

亲你好,中国民用航空局简称民航局或CAAC,是中华人民共和国国务院主管民用航空事业的部委管理的国家局,归交通运输部管理。其前身为中国民用航空总局,于2008年3月改为中国民用航空局。

(一)综合司、国际司

综合司下设处室:局长办公室、研究室、秘书处、政务督查处、新闻信息处、机要保密处、应急管理处、综合处

国际司下设处室:外事处、国际关系处、国际组织处、港澳台事务处

【岗位职责】

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携手中国腾飞50载,再领未来

从第一代民用喷气机707到梦想飞机787,波音公司一直以卓越的产品和服务,以不断探索的创新精神,支持着中国现代化航空体系的建设。

1、协助局领导处理日常政务工作。

2、承办局党组会、局务会、局领导例会和全局性工作会议。承办月度安全运行形势分析会的会务工作。负责局机关部门重要会议的协调管理工作。

3、负责民航局公文处理工作,指导民航地区管理局公文工作。管理民航局、局党组和局领导印章,办理局机关各部门和直属单位印章的颁发和缴销。管理党内有关文件。

4、组织民航局新闻发布工作。负责政务信息和民航行政机关电子政务工作。负责局机关政务公开工作,指导民航各级行政机关的政务公开工作。归口管理民航局展览工作。

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5、负责局机关机要、保密工作,对局直属单位机要工作实施业务领导,对其保密工作实施业务指导。

6、起草发展国际民航关系的方针政策。

7、协调我国与国际组织在民航领域内的多边关系和合作事务,组织参加国际民航组织的多边会议和活动,协调和推动有关国际组织的决议、标准或建议措施的落实。

8、归口管理局机关和直属单位的外事工作。协调民航局重大外事活动,承办局领导外事会见及出访活动。管理民航局与外国民航当局及有关机构间的合作交流项目。

9、归口管理民航涉港澳台合作与交流事务,

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研究、协调和处理涉港澳台民航重大问题。

(二)航空安全办公室、空管行业管理办公室、公安局

航空安全办公室下设处室:安全监察处、事故调查处、安全信息处

空管行业管理办公室下设处室:空中交通管制处、通信导航监视处、航空气象处、安全处、综合处

公安局下设处室:办公室、一处(空防安全处)、二处(安全检查处)、三处(治安消防刑侦处)、四处(警卫处)、五处(情报信息处)、六处(航空保安法规标准处)、空警总队勤务处、空警总队综合处、政治部

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【岗位职责】

1、起草民航安全管理和民用航空器事故及事故征候调查的法规、规章、政策、标准及安全规划。

2、监督检查民航行业贯彻执行安全生产方针、政策、法律、法规、规章、标准、指令以及安全工作部署的情况。

3、组织民航事故调查员、航空安全监察员的专业培训和委任工作。

4、按规定组织或参与民用航空器事故调查工作,指导民用航空器事故征候调查工作,监督检查安全建议落实情况。

5、负责民航空管单位的安全审计工作,指

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导民航空管系统的安全管理体系建设。负责民航空管运行安全的监督检查工作。

6、拟订航班时刻和空域容量等资源分配政策,并监督检查执行情况。

7、负责空中交通管制人员、航空情报人员、航空电信人员、航空气象人员资格管理工作负责空管监察员的业务培训工作。

8、负责民航空管设施设备的使用许可、开放运行许可管理工作。负责民航无线电台(站)址的审批。负责气象探测环境许可管理工作。

9、监督管理民航空防安全工作,规划和指导建立行业空防安全管理系统(SEMS),开展

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对空防安全威胁因素评估,发布形势分析报告(通报)及防范措施、指令。负责开展情报信息工作,决定和发布预警等级

10、指导处置非法干扰民航安全事件,指导制定处置劫机事件应急预案并组织培训和演练,承担处置劫机、炸机事件的综合协调和日常工作。

11、监督管理民用机场道路交通、消防和民航禁毒工作,指导机场公安机关刑事侦查、民用机场治安和公共活动区道路交通工作。

12、负责民用机场控制区有关通行证件、空勤人员登机证、航空安全员执照等证件发放的监督管理工作。

(三)政策法规室

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政策法规室下设处室:政策处、法规处、法律事务处、体制改革办公室

【岗位职责】

1、组织协调民航行业发展方针政策和重大问题的研究,提出民航行业发展的政策建议,组织起草民航行业发展综合政策。

2、负责民航行业立法的相关工作,组织起草民航行业法律、法规和规章立改废草案。

3、组织指导民航行政机关行政执法,负责行政执法监督,承办相关行政复议、行政应诉和民事应诉工作。

4、负责民航监察员的基础法律知识培训、考核和证件管理工作。

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5、负责民航行业法律研究及其信息收集工作。指导民航企事业单位的法律工作。

6、负责局法律顾问和法律事务工作。

7、负责国际民航法律事务,组织参加国际民航法律会议,组织研究、谈判、签订和向国家报批国际民航公约、条约及协定,开展对外法律交流。

8、负责与世界贸易组织有关的民航政府机构的工作。

9、办理民用航空器所有权、抵押权、占有权和优先权的登记以及变更、注销工作,承担民用航空器国际利益登记的相关管理工作。

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10、负责民航行业体制改革工作和民航行业社团组织的管理工作。

11、承办民航企业和机场联合、兼并、重组的审批和改制、融资的审核工作,受理民航企业、机场关于不公平竞争行为的投诉,维护民航企业、机场和公众合法权益。

12、承办局领导交办的其他事项。

(四)发展计划司、财务司

发展计划司下设处室:规划处、投资处、价格处、统计处

财务司下设处室:预算管理处、资金管理处、机关财务处、审计监督处

【岗位职责】

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1、起草民航行业规划、投资、外资、统计、价格、收费(不含行政性收费)以及节能减排的相关法规、规章、政策、标准,并组织实施。

2、组织研究和提出民航发展战略、中长期规划以及与综合交通运输体系相关的专项规划建议,组织研究和编制机场布局、机队、民航基础设施建设、节能减排等专项规划和跨地区民航发展规划,并组织实施。

3、指导民航安全、空管、人力资源、科技、培训、信息和应急救援等专项规划及直属单位发展规划的编制,负责规划的衔接平衡和审核报批工作。

4、参与国家经济和社会、综合交通、铁路

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、公路、水运、特定区域、服务贸易、土地利用、环境保护、边境区域合作等发展规划的制定,并对城市、行业或地区发展规划提出意见。

5、负责监测民航行业运行情况。负责民航行业对外经济合作,受理并审核、报批民用航空器引进项目,办理、协调民用航空器购租相关事宜。

6、负责民航建设项目管理,办理民用机场等民航大型基础设施建设项目以及中央投资项目的立项和可行性研究报告的审核、审批工作。

7、负责民航固定资产投资管理工作,提出民航固定资产投资规模及民航专项基金固定

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资产投资资金安排意见,编制下达民航固定资产投资计划并监督检查执行情况。

8、推进民航行业价格、收费改革,提出民航行业价格、收费调控建议,并组织实施。负责民航价格管理,承担民航运输价格、航油价格的审批和通用航空价格管理等工作。负责组织协调航油供应保障工作。

9、负责民航收费管理,承担机场收费、空管收费、公共航空运输企业营业性收费、民航计算机订座和离港系统收费的审批以及专机收费、民航事业性收费管理等工作。

10、提出民航行业经济调节、财税、筹融资政策建议,拟订直属单位财务管理和会计核算规章制度、管理办法,并组织协调实施。

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11、负责对局直属单位财务资金管理和监督检查、绩效考核工作。组织实施对直属单位领导干部的经济责任审计和离任审计。

12、负责组织民航政府性基金征缴预算编制和使用监管。组织基本建设项目的财务管理和项目评审工作。负责航空公司涉及安全运行的财务保障能力考核工作。

(五)人事教科司、直属机关党委(思想政治工作办公室)党组纪检组、驻民航局监察局、全国民航工会

人事教科司下设处室:机关人事处、直属人事处、编制工资处、培训教育处、科技处

直属机关党委下设处室:办公室、组织部、宣传教育部

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党组纪检组、驻民航局监察局下设处室:办公室、综合检查室、案件检查室、案件审理室

全国民航工会下设处室:办公室、组织宣传部、保障和女职工部、局直机关工会女工委

【岗位职责】

1、拟订局直属单位人事、劳动、教育、科技工作的规章制度,并组织实施。

2、承办局党组管理的领导干部的考核、任免、交流、培训、工资、奖惩、退休等工作。负责局管领导班子后备干部队伍的建设。

3、承办局机关公务员的考试录用、考核、

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任免、培训、交流、工资、奖惩、退休、辞职、辞退等工作。组织民航地区行政机关实施国家公务员制度。负责局管驻外机构人员的选派工作。

4、组织拟订民航行业特有工种职业标准,组织开展民航行业职业技能鉴定工作。组织推行民航行业特有工种就业资格准入制度,并实施监督检查。组织拟订民航行业劳动定员定额标准。

5、指导民航行业人才队伍建设工作。负责民航主体系列专业技术职务任职资格评审等工作。负责民航专家队伍选拔、管理等工作。

6、承担民航行业科技管理工作,编制民航

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行业科技发展规划和年度科技项目计划并组织实施,组织重大科技项目研究与应用,负责民航科技成果鉴定和学术交流工作,指导民航科技成果奖励和转化工作,管理民航科技合作项目。

7、组织、指导局机关和直属单位学习马列主义、毛泽东思想、邓小平理论、三个代表重要思想、科学发展观和党的路线、方针、政策。

8、指导局机关和直属单位团组织建设,负责直属单位团代表大会、团委换届选举审批及团内统计、团费收缴,指导民航行业共青团、青年联合会的工作,组织青年开展内外交流。承办局党组布置的有关会议,管理党的有关文电,制发所属党团组织印章。

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9、监督检查民航局及直属单位党组织贯彻执行党的路线方针政策和决定,遵守国家法律法规,执行国务院决定和命令以及民航局党组决议情况。

10、监督检查民航局领导班子和直属单位党委(党组)班子、行政领导班子及成员维护党的政治纪律,贯彻执行民主集中制,选拔任用领导干部,贯彻落实党风廉政建设责任制和廉政勤政的情况监督检查民航局机关处级以上干部,以及其他由民航局党组任命的司局级干部遵守党纪政纪、行使权力的情况。

11、经监察部批准,参与调查民航局及其行政领导班子成员违反行政纪律的行为调查处理职责范围内党的组织和党员违反党章和其

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它党内法规的案件调查处理民航局各职能机构及其公务员以及法定的其他监察对象违反行政纪律的行为。

12、受理对民航局机关及直属单位党组织、党员和行政监察对象的检举、控告受理民航局机关及直属单位的党员不服党纪处分决定,行政监察对象不服行政处分、监察决定的申诉。

13、参与涉及劳动关系、职工利益的政策、措施、制度的制定。对有关职工合法权益的重大问题进行调查研究。负责劳动保护监督检查工作,参与职工重大伤亡事故的调查处理。依法维护职工


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