航空发动机发展趋势展望.docx

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1、航空发动机发展趋势展望 航空发动机发展趋势的展望 航空发动机发展趋势的展望 摘 要 自中华人民共和国成立以来，我国航空发动机工业快速发展，生产了近6万台发动机，种类多达几十种，并且在修理、测绘、仿制、改进改造等方面也有了十足的进步，促进了国防建设的发展。长期以来，我国航空发动机研发水平有限，主要依靠进口，通过了解我国航空发动机产业的实际状况，吸取过去的阅历教训，我们可以得出一条符合我国国情的发动机行业发展方向，就是坚持发动机行业派生发展，能够做到依靠自己的力气研发航空发动机，使我国航空发动机各方面研制水平均衡发展。因此本课题的探讨，显得非常必要和迫切。 本课题主要是参考国外航空发动机技术发展的

2、实际状况，探究国外先进航空发动机的优点，了解国外发动机技术发展历程，同时深化了解我国航空发动机发展的实际状况，结合发动机匹配技术，运用工业工程的概念和原理，提出更加符合我国国情的航空发动机发展方向，确定我国系列发动机衍生发展类型谱，为国家制定和执行航空发动机研制前期安排供应依据。关键词：发动机 航空 中国 Development trend of Aeroengine ABSTRACT Since the founding of the peoples Republic of China, Chinas aero-engine industry has developed rapidly, p

3、roducing nearly 60,000 engines of dozens of types, and has made great progress in maintenance, surveying and mapping, imitation, improvement and transformation, which has promoted the development of national defense construction. For a long time, Chinas aero-engine research and development level is

4、limited, mainly relying on imports. By understanding the actual situation of Chinas aero-engine industry and drawing lessons from the past, we can draw a development direction of the engine industry in line with Chinas national conditions, that is, adhere to the derivative development of the engine

5、industry, and be able to rely on our own strength to develop aero-engines. It enables the balanced development of all aspects of aero-engine development in our country. Therefore, the study of this topic is very necessary and urgent. This topic mainly refers to the actual situation of the developmen

6、t of foreign aero-engine technology, explores the advantages of foreign advanced aero-engines, understands the development course of foreign engine technology, and at the same time deeply understands the actual situation of aero-engine development in our country. Combined with engine matching techno

7、logy, using the concept and principle of industrial engineering, this paper puts forward the development direction of aero-engine, which is more in line with the national conditions of our country. The derivative development type spectrum of a series of engines in China is determined to provide a ba

8、sis for the formulation and implementation of the preliminary plan for aero-engine development. Key words：Engine Air China 目 录 摘 要 2 ABSTRACT 3 目 录 4 1.绪论 5 1.1探讨现状及其意义 5 1.1.1国内探讨现状 5 1.1.2国外探讨现状 5 1.1.3探讨意义 6 1.2探讨目标、探讨内容和拟解决的关键问题 6 1.2.1探讨目标 6 1.2.2探讨内容 6 1.2.3拟解决的关键问题 7 2.国外航空发动机发呈现状分析 7 2.1美国航空

9、发动机发呈现状 7 2.2发达国家航空发动机的发呈现状 8 3. 国内航空发动机发呈现状 10 3.1中国飞机心脏的新血液 10 3.2中国研制航空发动机的意志 11 4. 新一代航空发动机的主要特点 11 4.1人工智能发动机 11 4.2多（all）电发动机 12 5. 针对国内民用航空发动机发展的建议 13 5.1探讨我国民用发动机发展的总体战略 13 5.2系统规划民机预研安排 13 6. 结束语 13 参考文献 14 谢 辞 15 1.绪论 1.1探讨现状及其意义 1.1.1国内探讨现状 自中华人民共和国成立以来，我国航空发动机工业快速发展，生产了近6万台发动机，种类多达几十种，并且

10、在修理、测绘、仿制、改进改造等方面也有了十足的进步，促进了国防建设的发展。对比国外19世纪五六十年头就能探讨出大流量自由射流发动机模拟高空试验设备的技术，我国就相对较差，还缺少核心机试验台、双轴双含风机/压缩机试验设备等零部件设备，加力燃烧室试验设备和x射线间隙测量仪。但是现在我国已经可以制造推力重量比为八的一级发动机。就发动机总体技术水平而言，我国相对较差，国外航空技术发达国家上世纪六七十年头的水平就可以与我国同日而语；我国最新的发动机型号仅仅能与国外航空先进国家上世纪70年头的水平相比较；我国航空技术前期研发技术水平与国外19世纪70年头末80年头初的水平相当。1.1.2国外探讨现状 自其

11、次次世界大战结束以来的半个多世纪，已经研发出了四代喷气式战斗机，其中第一代已经彻底退役；其次代已经在英国和美国完全退役，而其他一些国家还在运用；第三代战机是世界各国现役主力战机，第四代已起先少量装备部队。相应的燃气轮机发动机也分为四代。表2-1列出了国外燃气轮机发动机的发展历史。由此可见，国外在航空发动机方面取得了很大的进步。F15、F16、F18、幻影2000、MiG-29、Su-27等飞机是美国，英国等国的主要服役飞机，发动机方面主要采纳F100、f404、F110、M53等发动机，并且在不断改进这些飞机哥发动机的缺点，使其更符合现实状况；以两代、三代并存，或者是以第三代为主的一些国家，比

12、如俄罗斯、法国、日本、印度、韩国等正努力进行第四代的研制。很多新型飞机和发动机已经用于部队，例如:F/A-22、F-35、“台风”、“阵风”、米格1.44或苏-47等飞机；F119、F135、ej200、m88 iii、A.n-41等发动机。1.1.3探讨意义 依据多年来我国航空发动机发展的阅历教训，当前我国发动机工业应坚持发动机衍生化发展道路，形成发动机自主开发实力，全面提高我国航空发动机技术水平，摆脱被动局面中国长期受外国的支配。因此，对这一课题的探讨是非常必要和迫切的。1.2探讨目标、探讨内容和拟解决的关键问题 1.2.1探讨目标 本文立足于国外航空发动机技术发呈现状，探讨分析国外先进航

13、空发动机特性，总结归纳国外发动机技术的发展过程中的特点，通过探讨我国在发动机技术上取得的成就，联系我国航空发动机发展的现实状况，结合发动机匹配技术，运用工业工程的概念和原理，提出更加符合我国国情的航空发动机发展方向，确定我国系列发动机衍生发展类型谱，并对我国航空发动机的发展进行了系统规划。1.2.2探讨内容 本课题主要是参考国外航空发动机技术发展的实际状况，探究国外先进航空发动机的优点，了解国外发动机技术发展历程，同时深化了解我国航空发动机发展的实际状况，结合发动机匹配技术，运用工业工程的概念和原理，提出更加符合我国国情的航空发动机发展方向，确定我国系列发动机衍生发展类型谱，对我国航空发动机的

14、发展进行系统规划，为国家制定和执行航空发动机研制前期安排供应依据。 1.2.3拟解决的关键问题 在过去的几十年里，中国的航空发动机工业已经生产并绘制了一些模型。但是我国对航空发动机技术更深层次的了解，没有安排好发动机行业的发展方向以及将来发展的重点，这就造成我国航空发动机行业发展没有规律、非常散乱。 2.国外航空发动机发呈现状分析 2.1美国航空发动机发呈现状 航空发动技术起源于美国。活塞发动机是美国探讨出的第一个发动机。在20世纪40年头初起先改进燃气轮机发动机，完成了从仿照到自主开发的转变。1956年，美国领先世界各国，成为第一个研制出马赫数大于二的先进涡轮喷气发动机（j79 J75），从

15、今美国的航空涡轮发动机技术远超其他国家。20世纪60年头，由于推行的“非机非弹”政策，美国降低航空发动机技术的探讨资金，发展速度有所减慢。与此同时，由于对飞机战斗技术的需求日益多元化，这就要求一级飞机与发动机内部部件之间的达到较高的匹配度。因此，依据上述诉求，“配套开发”政策被推行，飞机举荐子系统集成安排（APSI）同时实施，主要探讨核心飞机和试验技术验证机，并开发了核心技术。这个阶段始终持续到20世纪70年头末。从70年头中期到2000年左右，是美国航空发动机技术发展的黄金时代。在此期间，扶持发展法充分发挥了它的作用。此后，20世纪80年头中期，美国国防部为了美国航空发动机技术的进一步发展，

16、推行了一种全面的高性能涡轮发动机技术研发安排。在15年里，美国所获得的技术发展等同于以前30到40年的进步，这一系列措施都使得美国的航空燃气涡流发动机技术照旧保持全面领先地位。21世纪以来，航空发动机技术迎来了更多的难题，这就要求美国在提升性能、削减成本、环保等方面考虑。为此，美国提出了一些发展安排。2000年初，我国为了促进飞机和发动机技术的进步，提高性价比，降低噪音污染，推行了很多相关安排。2003年，通过参考IHPTET探讨课题的相关成就和有用阅历，进一步探讨新的涡轮发动机技术，第一部分只是后续项目，即目前负担得起的涡轮发动机探讨项目，以进一步开发、验证和转移革新的涡轮发动机技术。2.2

17、发达国家航空发动机的发呈现状 发达国家为了抑制其他国家航空发动机的技术水平，通常会将本国航空发动机的核心技术垄断在自己手中。例如，作为美国国防科技战略核心的航空发动机产业，美国企业的航空发动机技术转让被严格把控，除了对中国实行技术封锁，限制通过合资、并购、专利转让或干脆贸易等方式向中国销售航空发动机先进技术和有关零部件，还对其欧洲盟国实施部分核心技术禁运 其中就有宽弦风机空心叶片（钛合金或复合材料）的核心制造技术、整体叶盘的制造与修复技术、单晶空心涡轮叶片制造技术、浮壁燃烧室制造技术等，除了核心技术外，发达国家不仅封锁本国航空发动机的核心探讨领域禁止发展中国家人员接触，并且限制国内核心技术和人

18、员的流失。确保自己的行业垄断地位。花费数万个小时才能开发出一种新的航空发动机。在资金上早就发动机须要耗费数10亿美元，在时间上，这台发动机的研发和投入运用也须要十几年。发展中国家研制自己的航空发动机就须要耗费大量的时间、金钱和精力，面临着巨大的风险和困难。在发达国家技术转让的垄断和限制下，发展中国家无疑会受到航空发动机发展的制约。发达国家都会实行合作和研发新技术等手段，为了将航空发动机的核心技术垄断在自己手中，这里有一个典型例子，就是法国斯奈克玛公司为了保证自己在航空发动机研发、制造、修理等环节的地位，就会收购其他公司，扩大公司业务范围，垄断航空发动机产业中比较值钱的环节。通过数据我们可以知道

19、，近几年美英法的航空发动机经费分别占据本国GDP 的0.05%、0.08%和0.06%。通用电气公司、普惠公司、劳斯莱斯公司和斯奈克玛公司为了航空发动机的研发投入资金约为10亿美元。公司 产品介绍 GE通用电气 通用电气是全球最大的综合电力和设备制造商。在航空，通用航空和军用航空等领域都有他的身影。它是波音、空客、英国航空工业、庞巴迪等企业的产品，供应各种型号的动力。典型的产品包括为波音777、ge9x787、支线飞机和公务机供应动力的GE90和ge9x，它们用于中国的Ba航空工业e-190和arj21cf34和f404，并为美国主要的F-18系列舰载机供应动力。PW普拉特惠特尼 普惠公司是世

20、界闻名的直升机涡轮轴发动机、民用航空和军用涡轮螺旋桨发动机/涡扇发动机制造商。研发生产F117、F119、F135、J52军用发动机，用于装备F-16、F-22、F-35战斗机、C-17运输机、AW139、pt6c-67c等6吨级中型直升机，jt8d-200等普惠公司产品，用于装备波音系列客机中国新舟600发动机的PW2000、PW4000和V2500发动机也是普惠公司的技术。RR罗尔斯罗伊斯 劳斯莱斯是欧洲最大的航空发动机公司，以英国为主，在发动机市场占有很高的份额。特伦特500/700系列飞机是RR公司的代表作，是世界上噪声最低的A330/340系列飞机的代表作。特伦特900发动机为空客A

21、380和特伦特1000供应动力，特伦特XWB发动机由波音787供应动力，是空客A350XWB唯一的动力系统，特伦特7000发动机为空客a330neo供应动力，先进的中型直升机aw101采纳的发动机是rtm332，也是RR的产品。CFM国际公司 通用电气和斯奈克玛公司以50%的股份共同成立，负责生产CFM56。Ge负责核心压缩机、燃烧室和高压涡轮的开发。斯奈克玛公司负责低压涡轮和风扇的研发。CFM56是全球最畅销、最胜利的民用涡扇发动机，在全球民用航空发动机市场占有50%的市场份额。它是在空客A320和波音737上组装的。另一个产品是替代CFM56的leap发动机飞机，包括a320neo的lea

22、p-1a、波音737max的leap-1b和国产大飞机C919选用的leap-1c。IAE国际航空发动机公司 IAE最初由美国的普惠公司和英国的劳斯莱斯公司成立，主要与普惠公司、MTU和jaecli在150座客机市场上共享V2500发动机，主要与CFM56发动机市场竞争。EA发动机联盟公司 EA是通用电气和普惠公司于1996年成立的合资企业。每一家公司占据了特地为空客A380生产的gp7200发动机的50%。核心引擎来自通用电气，低压部分来自普惠公司。 3. 国内航空发动机发呈现状 3.1中国飞机心脏的新血液 2016年8月28日，发生了一个划时代的大事务，中国航空发动机集团公司正式成立，通过

23、五年的不断进步，中国航空发动机产业早已实现了分别、整合和正式建立，这意味着发动机将与飞机母公司分别，寻求自主发展。航空发动机重大专项着陆始于2012年。四年后，它最终变得嘹亮宜人。 作为制造业王冠上最闪亮的那颗明珠，航空制造业的重要性不言而喻，“一个特别困难的领域，新手很难进入。”，这是美国国家关键安排文件对航空发动机技术的评价。由此可知航空制造业须要漫长的试验数据和阅历积累，国家要投入大量的资金，并且充分爱护和利用航空制造业的成果。言下之意是，没有人可以借或读真果宝藏。飞机无疑是制造业最高技术的集成商，发动机是心脏 中国建设强军的目标越来越明确。一切都是以“能打能赢”来衡量的。但军用飞机的核

24、心始终是短板。相比起国外各种技术成熟的战斗飞机，中国军机还须要进一步发展，让国产发动机早日投入运用。中国军用飞机最渴求的的两种典型机型就是涡扇15和涡扇20发动机。大型运输机多采纳涡扇20，而我上15是第四代歼-20最密切的伙伴。俄罗斯将空袭叙利亚所需的人员、设备和弹药通过数十架安-124和伊尔-76大型运输机运输过去，这里体现了航空运输对于军事斗争的重要作用。我国空军的战略运输囿于周边困难的形势还将来得及顺当实施。现在，运-20依旧依靠进口发动机，在进口d-30kp-2发动机基础上国产的动力涡扇-18是一种过渡发动机。这个安排时间比较短，而且难度比较低，现在差不多已经完工，在三到五年内短暂作

25、为运-20和洪-6k的国内动力。将来主机的动力配置是基于太行发动机的新型涡扇20发动机。我国研发的第一款第四代隐形战斗机是歼-20。我国成为除美国和俄罗斯之后第三个探讨第四代隐形战斗机的国家。通常状况下，歼-20对比T-50和F-22来说的优点在于亚音速耐久性、超音速耐久性、超音速持续转向实力等方面，但是发动机仍旧依靠进口。俄罗斯研制的推力只有14吨的al-31f-m1发动机无法完全发挥歼20的战斗力。为了完全发挥歼20的实力，我国军方寄希望于下一代涡扇15发动机。中国商飞C919总设计师吴广辉预料：“在下一个20年里，我们至少须要像C919这样具有巨大经济拉动力的飞机5000到6000架”。

26、浩大的市场经济的动力是引擎。这不是隐喻，也不须要隐喻。3.2中国研制航空发动机的意志 很多国家都把航空发动机产业作为维护国家的重要手段，每年都会赐予大量稳定的投资。例如美英法三国对航空发动机的资金投入每年约为30亿美元，10亿美元和9亿亿美元。美国关于下一代发动机集成高性能涡轮发动机技术（IHPTET）的研发资金在17年里投入就达到了惊人的50亿美元，这是我国航空发动机20年投入总额的六倍。值得一提的是，这只是一个前期研发安排。2005年该安排结束，进行下一个研发安排vaate安排。目的是，在2017年，将价格合理的涡轮推动系统的能量比2000年的基准发动机增加10倍。这一系列项目实现了从理论

27、到工厂的实际技术改造和技术革新。我国在航空发动机的研发资金上投入较少且不集中，这些都减弱了我国航空发动机的研发实力。中国新的航空发动机集团将通过整合数十家发动机工厂、材料探讨所和修理厂来变更这种局面。这一次，我们将全部的发动机资源都装在了一起 中银国际在一份探讨报告中表明，一方面预料将来10年里，军用飞机发动机的市场总额将超过1700亿元，仅海军空军就有约3000架的新增飞机需求和超过6000架的新增发动机需求，将会花费超1100亿元用于发动机后期修理。这些数据都告知我们将来飞机发动机巨大的市场潜力。一方面预料将来10年里，我国民航发动机需求增长快速，市场总额超4800亿元，将会花费超3200

28、亿元用于相映修理和更换零部件。海军、空军新增军机总数约3000架，相对应的是超过6000架的发动机需求，军机发动机的市场总额将超过1700亿元，发动机后期修理市场需求将超过1100亿元。这些都体现了国防建设对装备的需求特别迫切，军用发动机有着巨大的市场潜力。另一方面，预料将来10年，我国民航发动机市场潜力同样巨大，民航发动机市场的销售需求将超过4800亿元，相应的修理和更换零部件服务市场需求将超过3200亿元。由此可推想，我国军用和民用航空发动机的市场总额将达到10800亿元。这是一个如此巨大的商机，也是引擎的战略地位。对于中国这样的大国，必需用自己的心装备蓝天。这是制造业的最高国家意志。在美

29、国最高斗争一书中，美国对波音公司的补贴和欧盟对空客公司的补贴是毫无掩饰的。在笔者看来，即使是市场化行为，国家在航空业的主导地位上也是确定性的筹码。在美国宇航局的铝门上，有句名言：假如我们有幻想，我们就能实现幻想。中国也在实现自己的幻想。4. 新一代航空发动机的主要特点 4.1人工智能发动机 现在市面上的发动机无法适应改变莫测的环境条件，设置呆板不敏捷。它们无法依据不断恶化的工作条件和性能来调整自身，这就造成了发动机在设计、运用和维护理念上有较大的裕度，对性能产生负面影响，增加维护成本。将来发动机的发展方向应当是智能化。智能发动机的概念是指在发动机的生命周期以内，依据外部不断改变的环境和自身的实

30、际状况，通过智能系统的限制，将发动机自身性能、牢靠性、任务健康等条件进行重新规划、支配、优化、限制和管理，在完全了解发动机部件的工作环节和状态以后，通过传感器数据和专家模型，利用发动机的主动限制系统和健康管理系统，依据实际状况调整发动机实际工作状态（燃油流量和空气流量等），实现智能发动机的主动自我管理。与此同时，依据不同的环境变更发动机自身性能和机动性，智能发动机的优点是运用寿命更长，运用维护成本更低。智能发动机的关键技术有：为了提高发动机的性能、寿命和生存性，主动限制压缩机、燃烧室、间隙和振动；通过发动机特地的诊断传感系建立一个精确的实时性能和寿命模型，主动诊断故障和修理预料；基于模型的分布

31、式主动限制系统和磁轴承，内置整体式起动/发电机；先进的可以实现自主设计和“无程序”自适应限制的非线性技术，这一限制系统为了优化性能、适应损伤和性能恶化能够自动重构。随着科技技术的不断发展，我们可以推想，将来智能发动机的前景非常广袤。4.2多（all）电发动机 多（all）发动机是基于传统航空燃气轮机发动机形成的一种新型航空发动机，是多（all）电动飞机的基础和重要部件，它采纳了三种技术，分别是非接触式磁力轴承、内置式集成起动/发电机和分布式电子限制系统。它被RIT称为21世纪的推动装置。多电发动机相比于其他发电机来说最突出的特点一个是可以用主动磁轴承代替滚动轴承。多电发动机的优点是:可以主动限

32、制叶片之间的缝隙大小，去除了传统的接触滚动轴承、润滑系统和机械（液压和气动）驱动系统，极大地降低了振动、重量（预料大型航空发动机的质量可降低10%-15%）和困难度，优化了发动机的性能，提高了它的牢靠性和可维护性。另一个突出特点就是采纳安装在主轴上的内置整体式起动/发电机。本好用新型的优点是：取消了动力分动轴和减速器，降低发动机重量，减小迎风面积，它可以产生高达几兆瓦的电力，由两个以上的发动机轴共享它产生的电能，有利于限制喘振，重新优化燃气发生器，增加点火面积，提高发动机适应性。不仅能为多电飞机供应动力，还能够为机载高能激光武器供应能源。他的最终一个突出特点就是采纳分布式限制系统。它的优点包括

33、，简化限制系统，削减引线和连接器的数量，提高发动机的牢靠性，降低发动机维护成本，缩短了研制周期。5. 针对国内民用航空发动机发展的建议 5.1探讨我国民用发动机发展的总体战略 我国发动机工业在民用发动机产品的开发方面特别缺乏。因此，期望过高是不现实的，但我们不应低估我们的潜在资源和良好机会。当务之急是仔细探讨发展战略和总体规划，找寻突破点和创新点。我们不应局限于转包生产，而应充分发挥研发优势，参加国际民机项目的风险投资和市场开发，从做“小伙伴”做起，走出企业走向国际市场的坚决步伐。我国将发展喷气支线客机，而中推力涡扇发动机将是更好地开发存量资源的突破口。5.2系统规划民机预研安排 “全面规划、

34、明确目标、分步实施、分步发展”是民机技术预研应遵循的指导思想。在前期探讨中，应重点探讨民用飞机的关键技术，如风扇、低污染燃烧室降噪技术、机舱和反推器等。 参考文献 1曹惠玲,王冉.基于滑动时窗策略自适应优化支持向量机的航空发动机性能参数在线预料J/OL.推动技术:1-82020-03-04. 2邹望之,郑新前.航空涡轴发动机发展趋势J.航空动力学报,2019,34(12):2577-2588. 3李应红,魏悦广,周益春.航空发动机涡轮叶片热障涂层J.湘潭高校学报(自然科学版),2019,41(06):2. 4过雨湫.航空发动机限制发展趋势分析J.内燃机与配件,2019(23):42-43. 5

35、王济桥.新技术 新产品 新格局全球商用航空发动机产业发展趋势分析J.大飞机,2019(11):12-17. 6金伟.探究民用航空发动机创新与开放发展之道J.航空动力,2019(04):6-10. 7白永秋. 航空发动机用起动机发呈现状及趋势探讨C. 中国航空学会.2019年（第四届）中国航空科学技术大会论文集.中国航空学会:中国航空学会,2019:667-673. 8苗强,蒋京,张恒,罗冲.工业大数据背景下的航空智能发动机:机遇与挑战J.仪器仪表学报,2019,40(07):1-12. 9姜春生. 民用航空发动机低压转子振动值预料与探讨D.中国民航高校,2019. 10孙晓楠. 航空发动机限制系统建模及传感器故障影响探讨D.中国民航高校,2019. 11孙小鱼. 基于数据驱动的航空发动机气路性能参数预料探讨D.大连理工高校,2019. 12万洋. 某型航空发动机滑油金属屑末在线检测系统研制D.中国民用航空飞行学院,2019. 13李添宇.航空发动机关键制造技术现状及趋势J.世界制造技术与装备市场,2019(02):77-79. 14柏莹. 锂冷航空核动力系统传热与推动特性探讨D.中国科学技术高校,2019. 15伍赛特.民用航空发动机制造技术现状及将来趋势展望J.现代制造技术与装备,2019(03):13-15.