高技术的差距.doc

目前,中国国防工业有哪些领域是最关键而又与发达国家差距较大的,是必须得集中精力突破的,如果突破不了,我们就会受制于人的?本次沙龙,宋宜昌先生选了几个重要领域并谈了看法。
定向凝固高温合金
宋:中国如果要发展大飞机,发展更高性能的军机,必须要有大推力涡扇发动机。发动机里最关键的是涡轮和压气机。无论是商用的高涵道比涡扇发动机,还是军用的小涵道比涡扇发动机,都需要核心机,而且需要最好的发动机叶片。叶片分涡轮叶片和压气机叶片。涡轮叶片一般要在1500℃和接近15000转/分这种极大离心力的恶劣工况下运转,在这种条件下工作成千上万个小时,要求极高。涡轮叶片工作温度高,负荷大,应力复杂,要求材料具有很强的热强性、抗冲击性、抗疲劳性、耐腐蚀能力及损伤容限特征。它的工作温度已经超过钢铁承受的温度,只能用高温合金。但高温合金在这么高的温度和这么大的离心力下要产生蠕动,一蠕动,叶片就要变形,很容易失效。在这种恶劣工况下,过去我们用的是多晶体合金。它的特点是:你把合金一弄断,看它的断面有很多闪亮的晶点。这种晶格结构有缺陷的地方首先会断裂。而单晶体合金就避免了多晶体合金的缺陷,它是均匀的整体,没有缺陷。如采用定向凝固制造成定向单晶合金,就消除了晶界,可将使用温度提高一个台阶,约为30℃,从而使涡轮进口温度提高30℃-60℃左右。它的整体辐射非常均匀,具有更高的疲劳寿命。多晶体合金容易疲劳,在高温下容易沿着晶界产生裂纹,而单晶把这个条件提高了1~2个数量级。在压气机叶片上,有很大的气动弹性,没有优秀的压气机叶片,承受不了气动弹性引起的疲劳和裂纹。
目前中国和国外这方面差距非常大,中国还没有民用涡扇发动机,都谈不上与国外的比较。军用的有,原来是涡轮喷气,现在是涡轮风扇,但用不到一千小时就要大修。西方的发动机使用寿命起码是一万个小时。如果这个差距不赶上,即使造出飞机来,由于发动机使用寿命短,也影响飞机的出勤率。
AL-31F也好,“太行”也好,其关键之处不仅在于推力和推重比,还在于它们的耐用性。上世纪50年代初,苏联发动机专家米库林为米格21设计了P-13涡喷发动机。它虽然获得了满意的推重比,然而采用跨音速叶片,引起许多气动弹性和振动问题,P-13的大修小时仅为100小时,频繁地更换发动-机使米格21的战备状况受到影响,米库林因此还丢了官。
歼-7的发动机涡喷7系列,大修周期开始也是100小时,想尽办法搞到150小时就挖尽潜力了。关键是涡轮和压气机叶片,在高温和强气流条件下老化、断裂、蠕动。西方战斗机的发动机也同样存在这些问题,但他们对此进行了大量的基础研究和实验工作,投入的巨资终于有了回报。上世纪70年代,国外研制出单晶定向凝固高温合金,彻底解决了涡轮叶片在高温高压、恶劣工况下的寿命问题。美国装备波音747、767的JT9D发动机采用PWAl422单晶合金,寿命达9 600小时以上。F-15的F-100发动机用的是第一代定向凝固合金叶片,美国的第二代单晶合金PWAl484和第三代Re-neN6的性能又远远超过了第一代的水平。你可以看到空客和波音的飞机日夜在空中飞行,发动机可靠地工作着。有的CFM-。AL-31F大修间隔原来只有640小时,后来做了延寿才达到800小时,尽管战斗机发动机与民用涡扇发动机定位不同,但还是能看出基础研