航空發(fā)動機(jī)作為戰(zhàn)機(jī)的“心臟”，它的制造被譽(yù)為“工業(yè)之花”和“皇冠上的明珠”。
之所以有此美譽(yù)，一是因為它在相當(dāng)程度上決定著戰(zhàn)機(jī)的作戰(zhàn)性能，二是因為航空發(fā)動機(jī)的研制難度很大。
戰(zhàn)機(jī)“心臟”的研制有多難？美國在國家航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)推進(jìn)計劃中曾這樣表述：“這是一個新手難以進(jìn)入的領(lǐng)域，它需要國家充分保護(hù)并利用該領(lǐng)域的成果，需要長期數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的積累以及國家大量的投資。”簡單地說，它的研發(fā)既需要有堅實深厚的理論基礎(chǔ)，又需要有長期大量工程實踐經(jīng)驗的積累，也需要有高水平、堅實的工業(yè)基礎(chǔ)能力作保障和支撐，是一個國家科技水平、工業(yè)基礎(chǔ)、綜合國力的集中體現(xiàn)。
目前，戰(zhàn)機(jī)使用的發(fā)動機(jī)主要是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。其工作原理簡言之就是空氣從進(jìn)氣道進(jìn)入，經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮，在燃燒室中燃燒形成高溫高壓燃?xì)?，對渦輪做功，之后從尾噴管噴出產(chǎn)生推力。這就決定了航空發(fā)動機(jī)各個部件需要在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷環(huán)境下工作，要生產(chǎn)出能在這種環(huán)境下穩(wěn)定工作的航空發(fā)動機(jī)，則要闖過設(shè)計試驗、材料工藝、制造技術(shù)等多重難關(guān)。
設(shè)計試驗復(fù)雜。航空發(fā)動機(jī)業(yè)內(nèi)有這樣一種說法，“航空發(fā)動機(jī)是試出來的?！币驗?，許多問題在使用過程中才能不斷地暴露出來。但是，這種“試”本質(zhì)上試的是設(shè)計，試的是發(fā)動機(jī)各部件的可靠性設(shè)計水平。戰(zhàn)機(jī)“心臟”的設(shè)計綜合了結(jié)構(gòu)力學(xué)、氣體動力學(xué)、熱力學(xué)等多種專業(yè)技術(shù)成果，其難度不僅體現(xiàn)在設(shè)計原理的復(fù)雜性，更體現(xiàn)在其功能作用的高度耦合性。對航空發(fā)動機(jī)來說，一個部件微小的改動都有可能影響到整個發(fā)動機(jī)的性能。由于影響因素眾多，只有反復(fù)迭代計算，才能不斷優(yōu)化設(shè)計。比如發(fā)動機(jī)減重，設(shè)計時對材料的運用幾乎達(dá)到毫克必爭的地步。
材料要求很高。當(dāng)前，戰(zhàn)機(jī)的“心臟”結(jié)構(gòu)正朝著輕量化、整體化、復(fù)合化方向發(fā)展，發(fā)動機(jī)部件正朝著高溫、高壓比、高可靠性發(fā)展，特別是發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動件在不同溫度、載荷、環(huán)境介質(zhì)下工作，對強(qiáng)度、耐熱性和抗腐蝕能力的要求更高。高強(qiáng)度、耐熱性和抗腐蝕能力來自于哪里？很大程度上來自于其所使用的材料。可以說，航空發(fā)動機(jī)的革命也是材料的革命。戰(zhàn)機(jī)“心臟”早期采用鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼和不銹鋼等制造；后期為增加發(fā)動機(jī)推力，大量的新型材料相繼投入應(yīng)用，比如鈦合金、鎳基高溫合金和陶瓷基、樹脂基復(fù)合材料等。但是與戰(zhàn)機(jī)發(fā)展的進(jìn)程和客觀要求相比，新型材料研發(fā)方面的落后仍然是制約航空發(fā)動機(jī)性能提升的重要因素。
所需工藝先進(jìn)。為滿足減重高效的需求，戰(zhàn)機(jī)“心臟”的很多構(gòu)成部件都采用一體化、輕量化結(jié)構(gòu)，其復(fù)雜的曲面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)對制造工藝及設(shè)備提出了很高要求。尤其是一些關(guān)鍵部件，如整體葉盤、葉環(huán)，靜子、轉(zhuǎn)子葉片，機(jī)匣以及寬弦風(fēng)扇葉片等，它們的制造精度對發(fā)動機(jī)整體性能有極大影響，對加工精度的要求非?？量獭６壳俺Ｓ玫暮娇瞻l(fā)動機(jī)制造工藝有很多的缺陷和不足，這導(dǎo)致發(fā)動機(jī)零部件在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)產(chǎn)品一致性差、合格率低等問題，成為制約高性能航空發(fā)動機(jī)研制的一個瓶頸。而要解決這些問題，一方面需要針對不同的零部件結(jié)構(gòu)，在不斷改善現(xiàn)有工藝的同時積極探索新工藝、新方法和新技術(shù)，提高復(fù)雜構(gòu)件的制造水平和生產(chǎn)效率。另一方面，要善于向數(shù)控技術(shù)、設(shè)計仿真軟件、3D打印技術(shù)以及人工智能借力，推動戰(zhàn)機(jī)“心臟”的打造精度和效率進(jìn)一步提升。
（作者單位：空軍工程大學(xué)）