2023年航空發(fā)動(dòng)機(jī)深度報(bào)告 航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)分析

2023年航空發(fā)動(dòng)機(jī)深度報(bào)告航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)分析1.航空發(fā)動(dòng)機(jī)的分類及發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)起步于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)展至今的絕對(duì)主流是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有油耗低、成本低、工作可靠等特點(diǎn)，在噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)明之前的近半個(gè)世紀(jì)，是唯一可用的航空飛行器動(dòng)力。隨著飛機(jī)飛行速度的不斷提升，要求發(fā)動(dòng)機(jī)功率大大增加，從而導(dǎo)致活塞發(fā)動(dòng)機(jī)重量和體積的迅速增加，同時(shí)在接近聲速時(shí)螺旋槳的效率會(huì)急劇下降，所以活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)-螺旋槳組合制約了飛機(jī)速度的提升，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)能以較輕的重量產(chǎn)生很大的推力，自20世紀(jì)40年代出現(xiàn)后，首先用于戰(zhàn)斗機(jī)上，隨后用于轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和民航客機(jī)上，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸退出了航空業(yè)的主戰(zhàn)場(chǎng)。由于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有油耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在功率小于200kw的小型發(fā)動(dòng)機(jī)上仍有一定優(yōu)勢(shì)，廣泛用于初級(jí)教練機(jī)、超輕型飛機(jī)、小型直升機(jī)、中低速中低空無人機(jī)以及農(nóng)林用小型飛機(jī)上。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)做為航空發(fā)動(dòng)機(jī)中絕對(duì)的主流，主要包括渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)四種，它們的工作場(chǎng)景和總體架構(gòu)有所差別，但工作原理相似，并且均由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)這一基本構(gòu)型發(fā)展而來。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪三大部件組成，其中高壓壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪這三大部件組合起來，再配以轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、進(jìn)排氣裝置等就組成了核心機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是在核心機(jī)基礎(chǔ)上由低壓渦輪機(jī)及其帶動(dòng)的風(fēng)扇共同組成的。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)是在燃?xì)獍l(fā)生器或核心機(jī)后加裝動(dòng)力渦輪，動(dòng)力渦輪的前軸穿過核心機(jī)轉(zhuǎn)子，通過壓氣機(jī)前的減速器驅(qū)動(dòng)螺旋槳，產(chǎn)生向前的推力。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也是在燃?xì)獍l(fā)生器或核心機(jī)后加裝動(dòng)力渦輪，動(dòng)力渦輪的前軸穿過核心機(jī)轉(zhuǎn)子，通過壓氣機(jī)前的減速器減速后由輸出軸輸出功率，帶動(dòng)旋翼產(chǎn)生升力及推力。1.1渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管、附件傳動(dòng)裝置與附屬系統(tǒng)等組成。自由流空氣首先由進(jìn)氣道引入發(fā)動(dòng)機(jī)，之后壓氣機(jī)將進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣減速增壓，為燃燒室提供高壓空氣，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)的效率，在燃燒室里燃料燃燒使氣體溫度大大增高，從燃燒室里流出的具有很高能量的高溫高壓燃?xì)怛?qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生大的功率，由渦輪軸輸出機(jī)械功，最后從渦輪流出的仍有一定能量的燃?xì)庠谖矅姽苤信蛎浖铀伲暂^大的速度排出發(fā)動(dòng)機(jī)從而產(chǎn)生推力，對(duì)于有加力燃燒室的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪后的氣流會(huì)在加力燃燒室中再噴入燃油進(jìn)行補(bǔ)充燃燒，以增加燃?xì)饬鞒鑫矅姽芮暗哪芰?，加大噴氣速度，從而增加推力。按照壓氣機(jī)的類型不同，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以分為離心式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和軸流式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。早期渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)大多為離心式，離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，堅(jiān)固耐用，工作穩(wěn)定性高。但是離心式發(fā)動(dòng)機(jī)單位迎風(fēng)面積大，效率、增壓比和流通能力不如軸流式壓氣機(jī)，推力收到限制，所以從20世紀(jì)50年代后，推力稍大的大中型發(fā)動(dòng)機(jī)均采用了軸流式壓氣機(jī)，只有小型渦輪螺旋槳和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)仍采用離心式或者軸流離心組合式壓氣機(jī)。軸流式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)按發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，又可分為單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)和渦輪共用一根軸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，是早期渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)多采用的結(jié)構(gòu)，但是單轉(zhuǎn)子穩(wěn)定工作的范圍窄，隨著增壓比的提高，單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)被雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)所取代。雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)將壓氣機(jī)和渦輪分為高壓和低壓兩級(jí)，高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪連接形成高壓轉(zhuǎn)子，低壓壓氣機(jī)和低壓渦輪連接形成低壓轉(zhuǎn)子，低壓轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)軸從高壓轉(zhuǎn)子中穿過，兩個(gè)轉(zhuǎn)子可以以各自最佳的工作轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而具有總增壓比高、效率高、穩(wěn)定工作范圍寬、啟動(dòng)功率小、加速性好等特點(diǎn)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)從20世紀(jì)40年代中后期開始服役至今，已發(fā)展到第三代。第一代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)用于裝備亞音速戰(zhàn)斗機(jī)，推重比很小只有2-3，均為單轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，一部分是離心式發(fā)動(dòng)機(jī)，一部分是軸流式發(fā)動(dòng)機(jī)。第二代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于裝備第一代超音速戰(zhàn)斗機(jī)，于20世紀(jì)50年代中期開始服役，推重比為4-5，多是單轉(zhuǎn)子加力式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，性能還較低，研制周期較短，從方案設(shè)計(jì)到定型一般不到5年。第三代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于裝備第二代超音速戰(zhàn)斗機(jī)，于20世紀(jì)50年代末60年代初開始，主要由蘇聯(lián)發(fā)展研制，此時(shí)美、英等西方國(guó)家已開始發(fā)展使用第一代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，這一代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是雙轉(zhuǎn)子加力式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，性能較高，推重比為5.5-6.5。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展到第三代已達(dá)到巔峰，之后世界各國(guó)基本轉(zhuǎn)向發(fā)展渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。1.2渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)由高壓壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪構(gòu)成的核心機(jī)和由低壓渦輪及其所帶動(dòng)的風(fēng)扇共同組成的發(fā)動(dòng)機(jī)就是渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。自由空氣流在風(fēng)扇中增壓后，分成兩股向后流，一股流入核心機(jī)并最終由尾噴管流出，稱為內(nèi)涵氣流，一股由核心機(jī)機(jī)匣和外涵機(jī)匣間的環(huán)形流道中流出，稱為外涵氣流，內(nèi)外涵兩股氣流產(chǎn)生的推力之和就是渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。外涵與內(nèi)涵空氣流量之比稱為涵道比，這是影響渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能好壞的一個(gè)重要循環(huán)參數(shù)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，由高壓渦輪流出的燃?xì)庑枰仍诘蛪簻u輪中膨脹做功，會(huì)消耗掉很多能量，流出低壓渦輪后燃?xì)鉁囟群蛪簭?qiáng)會(huì)大大降低，因此內(nèi)涵道中的氣流所產(chǎn)生的推力要比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)低些，但是尾噴管的排氣能量損失會(huì)小很多，同時(shí)低壓渦輪帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮外涵道空氣噴出，也產(chǎn)生一定推力，內(nèi)外涵氣流的總推力是比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)大的，而且能量損失又降低了，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（涵道比為4-9）排氣速度低、推進(jìn)效率高、經(jīng)濟(jì)性好，適用于大型遠(yuǎn)程客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)，但是高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)迎風(fēng)面積大，不適合做超音速飛行，一般戰(zhàn)斗機(jī)用的加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比大多小于1。20世紀(jì)60-70年代，普惠公司曾憑借JT系列小涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)治了全球民用發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)，但由于對(duì)技術(shù)進(jìn)步估計(jì)不足以及70年代全球燃油危機(jī)帶來的沖擊，CFMI公司（GE航空和賽峰公司合資公司）憑借一款更大涵道比從而更省油的全新渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)-CFM-56，挑戰(zhàn)了普惠公司的霸主地位，并最終在窄體干線客機(jī)市場(chǎng)獨(dú)占鰲頭。進(jìn)入21世紀(jì)后，CFMI公司又研發(fā)出LEAP系列渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，相比CFM-56在燃油消耗和碳排放上均明顯減少，而且噪音更低，是目前主流窄體客機(jī)A320neo、737MAX以及C919共同的動(dòng)力選擇。兩種另辟蹊徑的技術(shù)升級(jí)之路——三轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和齒輪傳動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，低壓渦輪帶動(dòng)風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，但是風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速差別較大，低壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速被風(fēng)扇限制，不能充分發(fā)揮作用，為了解決這個(gè)問題，就出現(xiàn)了羅羅公司的三轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和普惠公司的齒輪傳動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。三轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)將高壓壓氣機(jī)分為中壓、高壓兩個(gè)轉(zhuǎn)子，分別由中壓、高壓兩個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子帶動(dòng)，通過增加一個(gè)軸，形成高壓、中壓和低壓三個(gè)渦輪帶動(dòng)的三套系統(tǒng)。齒輪傳動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，通過在風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)之間增加一個(gè)齒輪高速減速器，使風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)可以工作在各自最佳的轉(zhuǎn)速下，解決了二者轉(zhuǎn)速匹配的問題。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在軍用和民用領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)有所差異，軍用領(lǐng)域側(cè)重于高推重比，民用領(lǐng)域側(cè)重于環(huán)境友好。軍用領(lǐng)域第一代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是20世紀(jì)60年代末70年代初發(fā)展起來的，代表型號(hào)有美國(guó)的TF30、英國(guó)的斯貝MK202、瑞典的RM8等，這一代發(fā)動(dòng)機(jī)性能水平較低，推重比只有5-6，研制周期一般為5-7年。第二代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)展于20世紀(jì)70年代中后期及80年代，用于裝備第三代戰(zhàn)斗機(jī)，代表型號(hào)有美國(guó)的F100、F110和F404、英德意聯(lián)合研制的RB199、法國(guó)的M53-P2、俄羅斯的RD-33和AL-31F等，這一代發(fā)動(dòng)機(jī)性能水平較高，推重比達(dá)到7.5-8.0（（M53-P2為6.6），不加力耗油率降至0.6-0.8kg/(daN*h)，可靠性、維修性和耐久性高，作戰(zhàn)適用性強(qiáng)，從驗(yàn)證機(jī)到原型機(jī)研制結(jié)束，通常要用10年左右時(shí)間。第三代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的，用于裝備第四代戰(zhàn)斗機(jī)，代表型號(hào)有美國(guó)的F119、法國(guó)的M88-2、英德意西聯(lián)合研制的EJ200等，這一代發(fā)動(dòng)機(jī)推重比超過10，能夠?yàn)轱w機(jī)提供超音速巡航能力，是目前最為先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，由于綜合了各種先進(jìn)技術(shù)，突破多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)，這一代發(fā)動(dòng)機(jī)從驗(yàn)證機(jī)到原型機(jī)研制結(jié)束要用15年以上，研制費(fèi)用高達(dá)十幾億美元。民用領(lǐng)域大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展至今主要經(jīng)歷了4個(gè)階段，即第一階段（總壓比為22~30，涵道比為4.2~5.0）、第二階段（總壓比為28~34，涵道比為5~6）、第三階段（總壓比為30~40，涵道比為6~8）及世紀(jì)交替的第四階段（總壓比40~50，涵道比8~11）。1.3渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)是在燃?xì)獍l(fā)生器或核心機(jī)后加裝動(dòng)力渦輪，燃?xì)庠趧?dòng)力渦輪中膨脹做功，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪高速旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力渦輪的前軸穿過核心機(jī)轉(zhuǎn)子，通過壓氣機(jī)前的減速器驅(qū)動(dòng)螺旋槳，產(chǎn)生向前的推力。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)中燃?xì)獾拇蟛糠帜芰坑蓜?dòng)力渦輪吸收并從動(dòng)力軸上輸出，渦輪出口的燃?xì)馑a(chǎn)生的推力較小，僅占渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的10%左右。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造除了具有與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相似的燃?xì)獍l(fā)生器、動(dòng)力渦輪、尾噴管、發(fā)動(dòng)機(jī)附屬系統(tǒng)及附件傳動(dòng)裝置外，還需要有減速器部件和螺旋槳。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)分為定軸式和自由渦輪式兩種。動(dòng)力渦輪與燃?xì)獍l(fā)生器的渦輪連接在一起的就是定軸式，動(dòng)力渦輪與燃?xì)獍l(fā)生器的渦輪分開的，各自以不同轉(zhuǎn)速工作的就是自由渦輪式，目前大多數(shù)的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)都是自由渦輪式。為了克服渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率高經(jīng)濟(jì)性差以及活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)功率小等缺點(diǎn)，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)在20世紀(jì)40年代后期、50年代初期得到迅速發(fā)展，曾廣泛用于旅客機(jī)和軍用運(yùn)輸機(jī)，但由于螺旋槳不適用于高亞音速飛行，隨著渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，干線客機(jī)和大型軍用運(yùn)輸機(jī)均采用了渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，20世紀(jì)70年代后各國(guó)已不再研制大功率渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。由于渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速、短航線內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性好，目前在一些小型支線客機(jī)、小型運(yùn)輸機(jī)和通用飛機(jī)中仍被采用。1.4渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)類似，都是在燃?xì)獍l(fā)生器或核心機(jī)后加裝動(dòng)力渦輪，通過動(dòng)力渦輪輸出功率，帶動(dòng)旋翼產(chǎn)生升力及推力。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)多用于直升機(jī)，20世紀(jì)50年代中期之前，直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)都是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，50年代中期渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)開始用作直升機(jī)動(dòng)力。由于渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)相比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具備功率大、振動(dòng)小、體積小以及重量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)，60年代以后新研制的直升機(jī)基本都采用了渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)按照有無自由渦輪分為定軸式渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和自由渦輪式渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然定軸式渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是起動(dòng)性能、加速性能和經(jīng)濟(jì)性不如自由渦輪式渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，目前大部分渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)都是自由渦輪式結(jié)構(gòu)。動(dòng)力渦輪輸出功率的型式有三種，分別為后輸出型式、并列旁置前輸出型式和同心軸前輸出型式，后輸出型式使發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度加長(zhǎng)，并列旁置前輸出型式使發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸變大，都給軸系支撐、潤(rùn)滑和傳動(dòng)帶來困難，同心軸前輸出型式結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)子剛性好，可以簡(jiǎn)化承力結(jié)構(gòu)、滑油系統(tǒng)和軸系的布置，但是設(shè)計(jì)和制造難度大，隨著材料、加工制造和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同心軸前輸出型式已經(jīng)逐漸取代其他兩種型式，成為主流構(gòu)型。1.5無人機(jī)用航空發(fā)動(dòng)機(jī)無人機(jī)動(dòng)力裝置主要為無人機(jī)提供滿足飛行速度和高度要求的推力，并為無人機(jī)航電系統(tǒng)和任務(wù)載荷系統(tǒng)提供電力及功率支持，作為無人機(jī)的“心臟”，其性能在很大程度上決定了無人機(jī)的作戰(zhàn)性能。為了滿足無人機(jī)在飛行高度、航時(shí)、工作任務(wù)等方面的不同需求，無人機(jī)動(dòng)力裝置的功率和推力變化范圍很大，但基本上是屬于中小型發(fā)動(dòng)機(jī)的范疇，按類型分為電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)、活塞動(dòng)力系統(tǒng)和空氣噴氣動(dòng)力系統(tǒng)。活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是無人機(jī)最早、最廣泛使用的動(dòng)力裝置，技術(shù)較為成熟，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，一直在中低速無人機(jī)和長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，相較汽油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具備更優(yōu)異的燃油性能和高空性能。相比活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)具有功重比大、結(jié)構(gòu)緊湊、振動(dòng)小、高原性能好、燃料適用性好、便于維修等優(yōu)點(diǎn)，因而渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)代替了活塞發(fā)動(dòng)機(jī)成為直升機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置，尤其0.7t級(jí)以上的直升機(jī)平臺(tái)多采用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，在中空長(zhǎng)航時(shí)領(lǐng)域，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)也在中大型固定翼無人機(jī)中具有廣泛應(yīng)用。在萬米以上高空條件下，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)因空氣稀薄性能急劇衰減，螺旋槳的推進(jìn)效率也同樣會(huì)大幅降低，能夠解決活塞發(fā)動(dòng)機(jī)升限和高原起降問題的多級(jí)增壓技術(shù)尚待攻克，因而必須使用高增壓比高性能的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、尺寸小、推重比大、響應(yīng)快和相比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，能使飛行器實(shí)現(xiàn)高速飛行，高空、高速無人機(jī)動(dòng)力裝置一般會(huì)首選渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，另外在高速靶機(jī)、靶彈等特殊的應(yīng)用領(lǐng)域小推力渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)仍然具有獨(dú)特的地位，而渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)具有耗油率低、壽命長(zhǎng)、易于實(shí)現(xiàn)系列化等優(yōu)點(diǎn)，其質(zhì)量和推力等級(jí)能與無人機(jī)實(shí)現(xiàn)較好匹配，對(duì)于高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)仍是最佳動(dòng)力選擇，其升限一般在10000~20000m，最大飛行馬赫數(shù)（Ma）可以達(dá)到0.85，世界最高水平的無人機(jī)多數(shù)配備的是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行馬赫數(shù)大于3的條件下使用相比燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)有較高的經(jīng)濟(jì)性，適合高空高速飛行，但缺點(diǎn)是不能自行起動(dòng)，需借助其他發(fā)動(dòng)機(jī)助推飛行至0.5Ma以上才能有效工作。電動(dòng)無人機(jī)目前常用的是鋰電池供電，多用于小型固定翼和多旋翼無人機(jī)，但鋰電池存在續(xù)航時(shí)間短、低溫下性能差的問題，因而衍生出氫燃料電池和太陽能電池動(dòng)力能源，多用于中型固定翼和體型較大的多旋翼。由于無人機(jī)動(dòng)力需求與有人駕駛飛機(jī)有一定區(qū)別，而國(guó)內(nèi)大部分資源都投入到主力戰(zhàn)機(jī)的配套發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)中，導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)無人機(jī)動(dòng)力的發(fā)展滯后于無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展?；钊l(fā)動(dòng)機(jī)方面，國(guó)外主要有奧地利羅塔克斯（Rotax）公司、美國(guó)萊康明（Lycoming）公司、美國(guó)大陸（Continental）公司、德國(guó)Limbach公司、英國(guó)RCV公司以及美國(guó)猛禽渦輪增壓柴油機(jī)公司等，國(guó)內(nèi)主要有宗申動(dòng)力（001696.SZ）、安徽航瑞、航天科工三院31所等。渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)方面，的AEF50E/AEF100渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、AEP50E/AEP60E渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)以及AEF20E渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，航天科工某院所的CTF-3渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，中發(fā)天信的XX850渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等可用于無人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。2.核心技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在極端環(huán)境下（高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷），要求重量輕、體積小、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好，因而必須設(shè)計(jì)精巧、加工精密，這些都給材料和加工工藝提出了很高的要求。而且航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)涉及專業(yè)廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能水平高、新材料應(yīng)用多、技術(shù)難度大、投資大、周期長(zhǎng)，研制難度超乎想象，是現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)、科技水平和綜合國(guó)力的集中體現(xiàn)，是大國(guó)地位的重要象征。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制難度主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)之難、先進(jìn)材料之難、制造之難和試驗(yàn)之難。2.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制途徑-核心機(jī)的不斷繼承和發(fā)展核心機(jī)包括了推進(jìn)系統(tǒng)中溫度最高、壓力最大、轉(zhuǎn)速最高的組件，其研制成本和周期在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中占比較大，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制主要難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)最集中的部分。根據(jù)《核心機(jī)技術(shù)發(fā)展》數(shù)據(jù)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中發(fā)生的80%以上的技術(shù)問題都與核心機(jī)密切相關(guān)。通過長(zhǎng)期的實(shí)踐摸索，目前“部件-核心機(jī)-驗(yàn)證機(jī)-型號(hào)”的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制途徑是世界各國(guó)普遍采取的方法。采用核心機(jī)在真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境下評(píng)估部件性能、部件間的匹配、總體技術(shù)性能指標(biāo)等，可以充分暴露問題，攻下高溫、高壓和高氣動(dòng)機(jī)械負(fù)荷三關(guān)，減少后續(xù)工程發(fā)展時(shí)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，縮短工程發(fā)展周期，降低成本，提高可靠性。另外核心機(jī)的衍生系列化發(fā)展，可以降低新發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，縮短研制周期，提升零件的通用性，有利于降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本和維修費(fèi)用。核心機(jī)衍生發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的主要方式包括，核心機(jī)按比例縮放，或者在核心機(jī)基本幾何參數(shù)保持不變的情況下，改變風(fēng)扇或低壓壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)和直徑、渦輪的冷卻和材料等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生過程是一個(gè)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、修改、再制造、再試驗(yàn)的反復(fù)迭代過程，試驗(yàn)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中起著舉足輕重的作用。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零部件工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的極端惡劣環(huán)境下，并且航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和發(fā)展是一項(xiàng)涉及到多學(xué)科的復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)工程，因此新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，從部件到整機(jī)都要通過設(shè)計(jì)-試制-試驗(yàn)的幾個(gè)循環(huán)才能達(dá)到實(shí)用階段，試驗(yàn)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中起著舉足輕重的作用。以研究設(shè)備和研究對(duì)象為標(biāo)準(zhǔn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)包括零部件試驗(yàn)、整機(jī)地面試驗(yàn)、整機(jī)高空模擬試驗(yàn)、環(huán)境與吞咽試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)五大類，后四類試驗(yàn)均為全臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)試驗(yàn)。2.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)從世界航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展歷程來看，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)仍將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)占據(jù)軍民用航空動(dòng)力的主導(dǎo)地位，為了有效應(yīng)對(duì)航空運(yùn)輸需求的快速增長(zhǎng)、能源消耗和環(huán)境壓力以及新軍事變革的需求，航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷持續(xù)發(fā)展，新構(gòu)型和新概念將不斷推出。2.2.1變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)通過改變一些部件的幾何形狀、尺寸或位置，來調(diào)節(jié)增壓比、渦輪前溫度、涵道比等熱力循環(huán)參數(shù)，改變發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)工作模式，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠適應(yīng)不同的任務(wù)需求或更寬的工作范圍。雙外涵道變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)通過改變特定部件的構(gòu)型，使其在起飛和亞音速飛行時(shí)采用雙涵道渦扇工作模式，在爬升/加速和超音速飛行時(shí)采用單涵渦噴模式，從而保持不同工況下性能良好，典型型號(hào)有F120發(fā)動(dòng)機(jī)。自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（ACE）是在傳統(tǒng)雙外涵道變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加第三涵道，通過打開關(guān)閉不同涵道可以形成四種工作模式，具有更強(qiáng)的循環(huán)調(diào)節(jié)能力和任務(wù)適應(yīng)性。2.2.2多（全）電發(fā)動(dòng)機(jī)自20世紀(jì)80年代開始興起的多電/全電發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，采用電力系統(tǒng)部分甚至全部取代飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓、氣源和機(jī)械系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)的接觸式滾動(dòng)軸承、滑油系統(tǒng)、功率提取軸、減速器和相關(guān)機(jī)械作動(dòng)附件，從而簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減小迎風(fēng)面積、降低系統(tǒng)質(zhì)量，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、維修性和經(jīng)濟(jì)性。2.2.3齒輪傳動(dòng)由于風(fēng)扇直接由低壓渦輪驅(qū)動(dòng)，一般在風(fēng)扇之后還裝有壓氣機(jī)，但是風(fēng)扇、壓氣機(jī)和低壓渦輪的最佳轉(zhuǎn)速差別較大，因而為達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求，只得增加壓氣機(jī)和低壓渦輪的級(jí)數(shù)，如果在低壓渦輪、壓氣機(jī)和風(fēng)扇之間裝一個(gè)齒輪減速器，可以使各部分工作于最佳轉(zhuǎn)速，減少渦輪級(jí)數(shù)。齒輪傳動(dòng)方案最早是由普惠公司運(yùn)用在其中等推力發(fā)動(dòng)機(jī)上（PW1000G），之后羅羅公司將齒輪傳動(dòng)運(yùn)用在大推力發(fā)動(dòng)機(jī)上，將世界上傳輸功率最大的齒輪箱嵌入三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，研發(fā)了“超扇”（UltraFan），通過引入齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，完全取消了現(xiàn)有的低壓渦輪，涵道比提高到15~20：1，總壓比提高到60~70：1，油耗和噪聲均大幅下降。齒輪傳動(dòng)的難點(diǎn)在于航空發(fā)動(dòng)機(jī)減速器的使用功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通機(jī)械，而且一旦航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力過大，齒輪箱受力過大則容易變得不可靠。2.2.4槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)也稱為開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，是構(gòu)型融合的經(jīng)典范例，它既具有渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)耗油低優(yōu)勢(shì)，又具有渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)適于高速飛行的特點(diǎn)，集經(jīng)濟(jì)性和速度于一體，但由于槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、振動(dòng)及減速器性能差，以及無外涵機(jī)匣帶來的安全性問題，槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)尚未得到廣泛應(yīng)用，蘇聯(lián)研制的D27槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)裝配于安-70中程軍用運(yùn)輸機(jī)，這是目前唯一在役的槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)。2.2.5間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)（IRA）間冷回?zé)崾窃谄胀ǜ邏簤簹鈾C(jī)和低壓壓氣機(jī)之間增加中間冷卻，降低高壓壓氣機(jī)進(jìn)口溫度，使其易于冷卻；而在尾噴管中增加回?zé)崞?，將排氣中的部分熱量送回到燃燒室進(jìn)口的高壓排氣中，提升從壓氣機(jī)出來的空氣溫度。間冷回?zé)峒夹g(shù)通過增加壓縮空氣中間冷卻和排氣回?zé)醿蓚€(gè)過程，提升了核心機(jī)熱效率，減少了油耗，減排降噪。目前間冷回?zé)峒夹g(shù)已在地面和艦船燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用，但是如果用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，換熱器技術(shù)帶來的收益尚不能彌補(bǔ)換熱器過重帶來的損失，換熱器仍需要繼續(xù)提升換熱效率或者減輕重量。2.2.6高超音速組合發(fā)動(dòng)機(jī)高超音速飛行器飛行范圍寬廣，高度覆蓋0-40km或者更高，飛行速度覆蓋亞音速到高超音速，目前任何單一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)都無法在如此寬廣的飛行包線內(nèi)穩(wěn)定可靠工作，必須發(fā)展先進(jìn)的動(dòng)力組合裝置，將不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的最高性能段集成于一種發(fā)動(dòng)機(jī)，目前發(fā)展出的組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)中，渦輪基組合循環(huán)（TBCC）和火箭基組合循環(huán)（RBCC）是最有希望的高超音速組合動(dòng)力形式。渦輪基組合循環(huán)系統(tǒng)（TBCC）又稱為渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)，包括串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種組合方式。串聯(lián)式中渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)前后同軸串置，通過控制導(dǎo)流葉片的開閉，達(dá)到在起飛和低速飛行時(shí)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作，加速和高速飛行時(shí)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)不能同時(shí)工作。并聯(lián)式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室分開，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)可同時(shí)或部分同時(shí)工作，但相比串聯(lián)式存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間尺寸大，與飛行器一體化設(shè)計(jì)困難等問題?；鸺M合循環(huán)系統(tǒng)（RBCC）又稱為火箭沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)，通過將火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)有機(jī)地組合在一起，可以在不同高度和速度范圍內(nèi)保持較高的推重比及比沖，大幅降低運(yùn)輸成本，是未來可重復(fù)使用天地往返運(yùn)輸和臨近空間飛行器的最有潛力的動(dòng)力方案之一。RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)隨著飛行速度的提高將分別經(jīng)歷引射模態(tài)、亞燃模態(tài)、超燃模態(tài)和純火箭模態(tài)。2.2.7超音速強(qiáng)預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)高超音速飛行的另一種方案是強(qiáng)預(yù)冷。預(yù)冷是指將進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫空氣冷卻到航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)能正常工作的溫度，進(jìn)而獲得性能提升及擴(kuò)展渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作范圍。英國(guó)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)公司REL在20世紀(jì)80年代提出強(qiáng)預(yù)冷技術(shù)方案，并在2012年11月宣布該方案地面試驗(yàn)成功，并以這種方案為基礎(chǔ)研發(fā)了彎刀（Scimitar）和佩刀（Sabre）兩種強(qiáng)預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)。彎刀發(fā)動(dòng)機(jī)采用常規(guī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)加上強(qiáng)預(yù)冷系統(tǒng)，用于Ma=5的高超音速飛機(jī)，佩刀發(fā)動(dòng)機(jī)從原理方案看，是彎刀發(fā)動(dòng)機(jī)與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的組合，用于Skylon“云霄塔”航天飛行器。3.產(chǎn)業(yè)鏈分布航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)主承包商、子系統(tǒng)供應(yīng)商、小部件及零組件供應(yīng)商、原材料供應(yīng)商四個(gè)層次，涵蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、加工制造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)三大環(huán)節(jié)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)主承包商將核心能力定位于設(shè)計(jì)、工程和系統(tǒng)集成，主要進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、市場(chǎng)銷售和售后服務(wù)等，并研發(fā)、制造部分關(guān)鍵分系統(tǒng)和零部件，其余大量的分系統(tǒng)和部件均轉(zhuǎn)包或者分包給其他專業(yè)化公司。航空發(fā)動(dòng)機(jī)主承包商是產(chǎn)業(yè)鏈的鏈長(zhǎng)，負(fù)責(zé)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的搭建和維護(hù)，居于產(chǎn)業(yè)鏈的核心地位。2016年成立的中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司（簡(jiǎn)稱“”）是我國(guó)最主要的發(fā)動(dòng)機(jī)主承包商，其旗下的航發(fā)動(dòng)力是我國(guó)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)唯一整機(jī)上市公司，航發(fā)動(dòng)力的產(chǎn)品幾乎涵蓋了國(guó)內(nèi)所有軍用型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。成立之初就明確了“小核心、大協(xié)作，專業(yè)化、開放型”的發(fā)展模式，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已形成涉及政府、軍方、、國(guó)有企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)、高校和科研院所等多方主體融合的軍民融合產(chǎn)業(yè)體系。3.1零部件燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一般是由燃?xì)獍l(fā)生器（壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪）、進(jìn)排氣管（進(jìn)氣道、尾噴管）、滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及附件傳動(dòng)部件組成，此外還有減速器和動(dòng)力渦輪（渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)），風(fēng)扇和低壓渦輪（渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)）等部件。按照零部件結(jié)構(gòu)形式的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件可分為盤類件、軸類件、鼓筒、環(huán)形機(jī)匣及環(huán)形件、箱式機(jī)匣和葉片等。零部件按毛坯提供方式可以分為鍛件、鑄件和鈑金件?，F(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，一般而言，單個(gè)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件數(shù)量接近兩萬件。高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)要求在極有限的自重與工作空間、極惡劣的工作條件下保證長(zhǎng)期可靠的工作性能，大量采用了復(fù)雜的整體輕量結(jié)構(gòu)，同時(shí)大量應(yīng)用了高性能鈦合金、高溫合金以及復(fù)合材料等難加工材料，對(duì)制造技術(shù)要求極高。先進(jìn)工藝技術(shù)貫穿在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)研制生產(chǎn)過程甚至全壽命周期，裝備是工藝技術(shù)的載體，只有掌握了先進(jìn)的工藝和裝備技術(shù)，才能滿足制造高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零部件從成形制坯到加工制造的完整工藝技術(shù)鏈一般包含不同的工藝方法，由多個(gè)工藝和工序組成，涉及冷成形、熱成形、熱處理、機(jī)械加工等專業(yè)，上下游工藝和工序間的影響不可忽略，最終產(chǎn)品質(zhì)量問題是全工藝周期各階段、各工序等綜合作用的集中體現(xiàn)。除通用機(jī)械加工制造技術(shù)之外，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造特別關(guān)注的主要制造技術(shù)包括先進(jìn)金屬成型技術(shù)、先進(jìn)焊接技術(shù)、特種加工技術(shù)、增材制造技術(shù)和表面處理技術(shù)。鑄造和鍛造是最基本的熱加工成形技術(shù)，大多數(shù)航空關(guān)鍵零件是采用鑄造或鍛造技術(shù)來生產(chǎn)毛坯的。相比于鑄造，經(jīng)過鍛造的金屬坯料組織變得更加致密，力學(xué)性能得到增強(qiáng)，同時(shí)鍛造加工保證了金屬纖維的連續(xù)性，具有更長(zhǎng)的使用壽命，所以針對(duì)同種材料，鍛造零件的力學(xué)性能一般優(yōu)于采用鑄造工藝制備的零件，但是鑄造的優(yōu)點(diǎn)在于可以大量生產(chǎn)形狀復(fù)雜、用鍛造工藝或者機(jī)加工很難生產(chǎn)的零件，尺寸精度高，機(jī)加工余量小且經(jīng)濟(jì)性好。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的零部件鍛件毛坯占毛坯總重量的一半以上?！敖鼉舫尚巍笔悄壳跋冗M(jìn)金屬成型技術(shù)的發(fā)展方向，毛坯制成后不再冷加工或者只需少量冷加工就可用作最終使用零件，提高了材料使用率，縮短了加工周期。先進(jìn)金屬成型技術(shù)主要包括了精密鑄造、精密鍛造、精密旋壓和粉末冶金等技術(shù)，其中精密鑄造技術(shù)廣泛應(yīng)用于空心薄壁、型腔復(fù)雜的渦輪葉片制造，精密鍛造技術(shù)廣泛運(yùn)用于壓氣機(jī)葉片，根據(jù)《航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片精鍛成形可靠性技術(shù)》數(shù)據(jù)，全球約超過90%的航發(fā)葉片使用精鍛制造技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，精密旋壓技術(shù)在整流罩、燃燒室錐體、壓氣機(jī)外殼等零件上得到廣泛應(yīng)用，粉末冶金技術(shù)廣泛用于渦輪盤制造。增材制造技術(shù)是基于零件的數(shù)字模型將復(fù)雜的三維零件分解成多層簡(jiǎn)單二維結(jié)構(gòu)，然后逐層制造累加，最終實(shí)現(xiàn)零件的三維實(shí)體，也稱為3D打印技術(shù)。該技術(shù)改變了傳統(tǒng)的毛坯-加工-處理-裝配的工藝路線，能夠直接實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造，在保證零部件性能的同時(shí)，簡(jiǎn)化工藝流程，縮短研制周期。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和零部件供應(yīng)商已將增材制造技術(shù)用于開發(fā)商業(yè)化的零部件，并不斷擴(kuò)大在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。特種加工技術(shù)是指加工過程中不需要利用比工件更硬的工具，也不需要施加明顯的機(jī)械力，而是直接利用電能、熱能、化學(xué)能、光能或者它們的組合，使工件材料被去除或改變性能，達(dá)到所需的形狀、尺寸和表面質(zhì)量要求。目前常用于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的特種加工技術(shù)包括電加工、高能束流加工以及特種能源加工，其中電加工和高能束流加工被用于渦輪葉片氣膜孔的加工，電加工還廣泛應(yīng)用于難切削復(fù)雜結(jié)構(gòu)（整體葉盤、機(jī)匣、火焰筒等）的成形。焊接是一種優(yōu)質(zhì)高效的實(shí)現(xiàn)永久性連接的工藝方法，焊接方法從傳統(tǒng)的電弧焊、釬焊，發(fā)展到先進(jìn)的激光、電子束等高能束流焊和摩擦焊等固相焊。電子束焊是采用高速、高能量密度的電子束流作為熱源進(jìn)行焊接的工藝，具有深寬比大、焊接殘余變形小、焊接工藝參數(shù)容易實(shí)現(xiàn)精確控制、在真空環(huán)境下焊縫純凈等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)整體轉(zhuǎn)子、機(jī)匣和軸等重要結(jié)構(gòu)的焊接。摩擦焊是利用摩擦生熱的原理實(shí)現(xiàn)零件焊接的技術(shù)，接頭強(qiáng)度和可靠性高，是承受較高應(yīng)力零部件的較為可靠的焊接方法，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域的摩擦焊技術(shù)主要包括慣性摩擦焊和線性摩擦焊，慣性摩擦焊需要待焊零件的一端通過旋轉(zhuǎn)來完成，因此適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤軸類零件的焊接，線性摩擦焊被用于將葉片焊接到葉盤上形成整體葉盤。為了改善零部件的表面狀態(tài)，滿足零部件耐腐蝕、耐磨、耐氧化和耐高溫等特殊功能性要求，提高零部件的服役壽命等，需要對(duì)零部件表面進(jìn)行處理，航空發(fā)動(dòng)機(jī)中常用的表面處理技術(shù)主要包括化學(xué)處理、表面強(qiáng)化和涂層技術(shù)。化學(xué)處理是通過腐蝕、電鍍、陽極化等化學(xué)處理手段改善材料表面狀態(tài)的一種表面改性工藝。表面強(qiáng)化是通過表層塑性變形，在零件表面形成高殘余應(yīng)力，提高表面應(yīng)力集中的“冷變形”工藝，主要用于渦輪盤、壓氣機(jī)盤、葉片等的表面噴丸強(qiáng)化。涂層可分為封嚴(yán)、耐磨、熱障等涂層，其中封嚴(yán)涂層可用于機(jī)匣組件，耐磨涂層可用于軸類零件，熱障涂層可用于渦輪葉片。3.1.1盤類件航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤類件主要包括壓氣機(jī)盤和渦輪盤，其主要工作于高轉(zhuǎn)速、高溫和高壓環(huán)境下。壓氣機(jī)盤的工作溫度一般在0~430℃，渦輪盤的工作溫度一般在500~800℃，二者轉(zhuǎn)速一般都在1000r/min以上，工作狀態(tài)下的盤類件承受了很大的應(yīng)力。壓氣機(jī)盤包括風(fēng)扇盤、低壓壓氣機(jī)盤和高壓壓氣機(jī)盤，風(fēng)扇盤和低壓壓氣機(jī)盤一般選用鈦合金，高壓壓氣機(jī)盤選用鈦合金和高溫合金，隨著工藝技術(shù)水平的不斷提高，目前將葉片和輪盤作為整體的整體葉盤結(jié)構(gòu)在壓氣機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用，有效減輕了結(jié)構(gòu)重量，避免榫頭和榫槽的氣體逸漏和磨損，提升了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能和壽命。渦輪盤的工作環(huán)境較惡劣，材料一般選用變形高溫合金和粉末高溫合金。航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤類零件的加工工藝過程主要包括毛坯制造、機(jī)械加工、熱處理、無損檢測(cè)和靜平衡等。盤類件毛坯批產(chǎn)零件通常采用模鍛件，新機(jī)研制多采用自由鍛件。3.1.2軸類件軸類件是指用于連接、傳遞扭矩且具有一定強(qiáng)度和剛性及長(zhǎng)徑比的回轉(zhuǎn)類零件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的軸類零件主要是指壓氣機(jī)軸、風(fēng)扇軸、渦輪軸等，對(duì)于渦軸和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)還包括自由渦輪軸，它們與相應(yīng)的盤件、葉片組成風(fēng)扇轉(zhuǎn)子、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子，并通過聯(lián)軸器連成整體，通過軸承支撐高速旋轉(zhuǎn)。軸類零件位于旋轉(zhuǎn)中心，相比葉片及盤類零件工作溫度較低，一般低于400℃。風(fēng)扇軸和壓氣機(jī)軸的工作溫度較低，可選用比強(qiáng)度高的鈦合金。渦輪軸工作溫度較高，多選用合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼或高溫合金。渦輪軸、壓氣機(jī)軸頸、高壓渦輪后軸、鼓筒軸等外表面直徑差大，強(qiáng)度要求高，一般采用模鍛件。壓氣機(jī)軸的外表面直徑差不大，可選用棒料。3.1.3鼓筒為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，發(fā)動(dòng)機(jī)鼓筒組件從單盤的機(jī)械緊固連接結(jié)構(gòu)發(fā)展成整體化、一體化結(jié)構(gòu)，主要包括風(fēng)扇單元體中的增壓級(jí)整體鼓筒和高壓壓氣機(jī)中的焊接鼓筒。鼓筒與相應(yīng)的葉片、盤、軸頸等零件組成轉(zhuǎn)子，是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)件，鼓筒工作于高速、高壓的環(huán)境，高壓壓氣機(jī)鼓筒工作溫度為200~600℃。增壓級(jí)鼓筒材料通常選用鈦合金，高壓壓氣機(jī)前鼓筒材料通常選用鈦合金，后鼓筒材料通常選用高溫合金，增壓級(jí)鼓筒毛坯為模鍛件。3.1.4環(huán)形機(jī)匣和環(huán)形件機(jī)匣是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零組件，起著支撐、傳力和氣體封嚴(yán)等作用，各段機(jī)匣間相互連接，共同構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼，按照機(jī)匣的結(jié)構(gòu)形式可以分為環(huán)形機(jī)匣和箱體機(jī)匣兩大類。發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形機(jī)匣按照機(jī)匣在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的位置可分為進(jìn)氣機(jī)匣、風(fēng)扇機(jī)匣、壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣、燃燒室機(jī)匣、外涵機(jī)匣、渦輪導(dǎo)向器、渦輪后機(jī)匣等。環(huán)形機(jī)匣按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為開式環(huán)機(jī)匣、整體式環(huán)機(jī)匣和帶整流支板的環(huán)形機(jī)匣。燃燒室機(jī)匣、渦輪機(jī)匣等熱端部件工作溫度高且周向變形不均勻，均采用整體環(huán)形機(jī)匣，大多數(shù)壓氣機(jī)機(jī)匣由于工作溫度不高，周向變形不均勻問題不突出，一般采用對(duì)開環(huán)形機(jī)匣，進(jìn)氣機(jī)匣、中介機(jī)匣、渦輪后機(jī)匣等屬于帶整流支板的機(jī)匣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是發(fā)動(dòng)機(jī)上的主要承力件。環(huán)形件在發(fā)動(dòng)機(jī)部、組件中所處的位置不同，按功能可分為承力環(huán)形件、連接環(huán)形件等。環(huán)形機(jī)匣類零件的材料通常選用鈦合金和高溫合金，少量環(huán)形機(jī)匣選用不銹鋼、復(fù)合材料等，例如壓氣機(jī)機(jī)匣通常選用不銹鋼和鈦合金，燃燒室機(jī)匣和渦輪機(jī)匣通常需用高溫合金，外涵機(jī)匣采用了復(fù)合材料。環(huán)形件通常選用鋁合金，結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼，高溫合金和鈦合金。環(huán)形機(jī)匣和環(huán)形件毛坯通常采用鍛造毛坯、鑄造毛坯和焊接毛坯三大類型。由于在相同材料的條件下鍛件的機(jī)械強(qiáng)度和沖擊韌性比鑄件高，工藝過程比較簡(jiǎn)單，因此大部分的環(huán)形機(jī)匣殼體及環(huán)形件都采用鍛造毛坯，環(huán)形機(jī)匣毛坯的鍛造方法有自由鍛、輥軋和模鍛，環(huán)形件的鍛造方法有自由鍛和輥軋。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械加工工藝性差、零件剛性要求好的機(jī)匣殼體及環(huán)形件需要采用鑄造毛坯。焊接機(jī)匣是將組成機(jī)匣的不同毛坯，如鍛件、鑄件和鈑料等，通過焊接形成一個(gè)新的毛坯。3.1.5箱體機(jī)匣航空發(fā)動(dòng)機(jī)的箱體機(jī)匣是指中央傳動(dòng)機(jī)匣、附件傳動(dòng)機(jī)匣、減速器機(jī)匣、滑油箱機(jī)匣、滑油泵機(jī)匣和雙速傳動(dòng)機(jī)匣等。箱體機(jī)匣大部分安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)外部，中心傳動(dòng)機(jī)匣雖在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但也在高、低壓氣機(jī)的軸心部分，工作環(huán)境溫度較低。箱體機(jī)匣一般選用鋁合金和鎂合金，鎂合金相比更輕，是箱體機(jī)匣采用最多的材料，箱體機(jī)匣通常采用鑄造毛坯。3.1.6葉片葉片按照主要功能可以分為風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片和渦輪葉片。葉片是發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件，工作條件苛刻，在轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)下，承受的離心力很大，同時(shí)壓氣機(jī)葉片和渦輪葉片還要承受高溫高壓氣體的熱沖擊，高溫高壓氣體的溫度從幾百度到上千度不等，葉片在承受這些交變應(yīng)力及熱應(yīng)力時(shí)最容易產(chǎn)生疲勞破壞，因此葉片的可靠性要求極高。風(fēng)扇葉片根據(jù)展弦比的不同分為窄弦風(fēng)扇葉片和寬弦風(fēng)扇葉片。窄弦風(fēng)扇葉片是早期結(jié)構(gòu)，為了提高抗震和抗外物打傷能力，常常在葉身部位帶有凸肩。寬弦風(fēng)扇葉片不帶凸肩，分為實(shí)心葉片和空心葉片。鈦合金寬弦風(fēng)扇葉片自20世紀(jì)90年代已得到廣泛應(yīng)用，隨著發(fā)送機(jī)性能的不斷提升，整體葉盤和復(fù)合材料風(fēng)扇葉片也開始得到應(yīng)用。風(fēng)扇葉片一般采用鍛件毛坯。壓氣機(jī)葉片分為壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和壓氣機(jī)靜子葉片，其中壓氣機(jī)靜子葉片根據(jù)其安裝結(jié)構(gòu)分為帶安裝板類靜子葉片和帶旋轉(zhuǎn)軸靜子葉片兩類，壓氣機(jī)葉片毛坯一般選擇鍛件，材料多為鈦合金和高溫合金。渦輪葉片包括渦輪工作葉片和渦輪導(dǎo)向葉片。渦輪工作葉片包括高壓渦輪工作葉片和低壓渦輪工作葉片。高壓渦輪工作葉片一般只有一級(jí)，主要由榫頭、緣板和葉身組成，幾乎所有的高壓渦輪工作葉片都不帶葉冠，由于高壓渦輪工作葉片承受的溫度更高，所以一般采用帶冷卻氣膜孔的空心葉片。低壓渦輪工作葉片級(jí)數(shù)比高壓渦輪工作葉片多，一般1~5級(jí)，結(jié)構(gòu)上除了與高壓渦輪工作葉片都有榫頭、緣板和葉身外，低壓渦輪工作葉片一般帶葉冠，用來減少葉片葉尖與機(jī)匣之間的漏氣和吸收振動(dòng)能量，另外由于低壓渦輪工作葉片工作溫度相對(duì)低一些，并且隨著級(jí)數(shù)增加工作溫度越來越低，所以低壓渦輪工作葉片只有部分是空心的，后幾級(jí)葉片一般是實(shí)心的。由于渦輪葉片為合金化程度更高的高溫合金，并且大部分為空心薄壁結(jié)構(gòu)，型腔復(fù)雜，難以鍛造成型，只有采用鑄造工藝才能滿足要求。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度的不斷提高，工作條件日益苛刻，渦輪葉片材料的選擇不斷發(fā)生里程碑式變革，經(jīng)歷了從變形高溫合金，等軸晶鑄造高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金、單晶高溫合金、Ti-Al系金屬間化合物到陶瓷基復(fù)合材料的變化。3.2材料由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作于高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的惡略環(huán)境下，對(duì)于材料的性能提出了極高的要求，通過總結(jié)航空發(fā)動(dòng)機(jī)過去的發(fā)展歷史，可以說一代新材料引領(lǐng)一代新型發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)《先進(jìn)材料在航空航天中的應(yīng)用》數(shù)據(jù)，在未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高中，新材料貢獻(xiàn)率將達(dá)到50%以上。航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)演進(jìn)的目標(biāo)是提高推重比、功率重量比，增壓比和渦輪前溫度，這些性能指標(biāo)的提升要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料具備高比強(qiáng)度以及耐高溫性。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪和風(fēng)扇設(shè)計(jì)水平相同的前提下，渦輪前溫度每提高100攝氏度，發(fā)動(dòng)機(jī)推力增加15%，提高渦輪前溫度可直接提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能，推重比15~20以上的發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪前溫度最高達(dá)2227~2470℃，航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料的耐高溫性能顯得尤其重要。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要材料包括高溫合金、鈦合金、復(fù)合材料、鋁合金和結(jié)構(gòu)鋼等，按重量占比看，高溫合金占55%~65%，鈦合金占25%~40%，鋁合金和鋼占10%，復(fù)合材料占比低是由于其低密度優(yōu)點(diǎn)造成的。高溫合金是能夠在600℃以上的高溫環(huán)境下抗氧化或耐腐蝕，并能在一定應(yīng)力條件下長(zhǎng)期工作的金屬材料，是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件不可替代的關(guān)鍵材料。鈦合金相比高溫合金、鋼等金屬材料，具有低密度、高比強(qiáng)度、抗疲勞、耐腐蝕、工作溫度范圍寬等優(yōu)良性能，輕質(zhì)高強(qiáng)，減重效益顯著，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)低溫部件的主要材料。復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、模量大等特點(diǎn)，目前在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中使用最廣泛的復(fù)合材料有用于低溫部件的樹脂基復(fù)合材料，用于高溫部件的陶瓷基復(fù)合材料、碳-碳基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料等。四代戰(zhàn)斗機(jī)及未來的隱身飛機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的隱身性提出了較高的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的雷達(dá)散射信號(hào)和紅外輻射信號(hào)占整個(gè)飛機(jī)尾部方向特征信號(hào)的95%以上，如果發(fā)動(dòng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)后向的隱身，則隱身飛機(jī)無法實(shí)現(xiàn)全方位的隱身，其作戰(zhàn)能力將大打折扣，隱身材料的應(yīng)用可以在不改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下降低紅外輻射和雷達(dá)散射截面（RCS），F(xiàn)119和F135發(fā)動(dòng)機(jī)就采用了大量的隱身涂層，比如紅外隱身涂層和雷達(dá)吸波涂層。3.2.1高溫合金高溫合金是指以鐵、鈷、鎳為基，加入大量強(qiáng)化元素，能在600℃以上高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期可靠工作的一類金屬材料。高溫合金主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪熱端部件，主要包括渦輪盤、渦輪導(dǎo)向葉片、渦輪工作葉片、燃燒室和加力燃燒室的各種零部件。根據(jù)合金基體元素不同，高溫合金可以分為鐵基、鎳基和鈷基三類，其中鎳基高溫合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中使用最廣泛，牌號(hào)最多，用量最大，占到發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的50~65%。根據(jù)合金材料成型方式，高溫合金可分為變形合金、鑄造合金和粉末冶金合金。變形合金加工變形性能良好，可通過冷、熱加工制備出各種型材或零件毛坯，是最早用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合金。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，為了提高熱強(qiáng)性能，變形高溫合金中相繼加入多種合金元素，導(dǎo)致變形加工愈發(fā)困難，鑄造高溫合金應(yīng)運(yùn)而生，鑄造高溫合金元素總量顯著高于變形合金，持久強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都明顯高于變形高溫合金，可以不再考慮鍛造變形能力，可通過精密鑄造方法或定向凝固工藝鑄造出形狀復(fù)雜且有通暢內(nèi)腔的無余量空心薄壁葉片，鑄造高溫合金按凝固方法可分為等軸晶鑄造高溫合金、定向凝固柱晶高溫合金和單晶高溫合金三類，目前各國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)都采用定向、單晶高溫合金制造渦輪葉片。隨著高溫合金工作溫度和強(qiáng)度的不斷提升，合金中的強(qiáng)化元素含量不斷增加，成分越來越復(fù)雜，熱加工性能變得很差，不少高性能鎳基高溫合金只能以鑄態(tài)使用，但是由于鑄造組織偏析嚴(yán)重，導(dǎo)致了顯微組織的不均勻和力學(xué)性能波動(dòng)，從而開始使用粉末冶金工藝生產(chǎn)高溫合金，粉末高溫合金主要用于制造渦輪盤、壓氣機(jī)盤、鼓筒軸、渦輪盤等發(fā)動(dòng)機(jī)熱端高溫承力轉(zhuǎn)動(dòng)部件。我國(guó)高溫合金的發(fā)展經(jīng)歷了從仿制到自主創(chuàng)新的三個(gè)階段。20世紀(jì)70年代前，是我國(guó)高溫合金的創(chuàng)業(yè)起步階段，研制和發(fā)展了GH系列變形高溫合金和K系列的鑄造高溫合金，這一階段通過仿制、消化和發(fā)展前蘇聯(lián)高溫合金為主的合金及工藝，質(zhì)量達(dá)到了前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和水平。70年代后至90年代初，我國(guó)引進(jìn)和試制了一批歐美體系的高溫合金，并按照歐美的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研制和生產(chǎn)，研制出高性能變形高溫合金、初代DZ系列定向凝固合金、初代DD系列單晶合金和初代FGH系列粉末高溫合金。90年代后期至今，隨著新型先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和生產(chǎn)，通過新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，研制和生產(chǎn)了一系列高性能高檔新合金。我國(guó)高溫合金行業(yè)經(jīng)歷了從仿制到自主創(chuàng)新的發(fā)展歷程，初步建立了完整的高溫合金研制體系，但總體而言在研制能力、科研條件和生產(chǎn)技術(shù)方面，與國(guó)際先進(jìn)水平還有一定差距，整體產(chǎn)能上還無法滿足下游軍民領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的需求。3.2.2鈦合金鈦合金的最大性能特點(diǎn)是高比強(qiáng)度，在鈦合金的耐熱能力范圍內(nèi)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件大部分選用鈦合金材料代替鋁合金、鋼或者高溫合金，能夠獲得顯著的減重效益，提高推重比，降低油耗。鈦合金的使用溫度從室溫到接近600℃，航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫部件，包括風(fēng)扇和壓氣機(jī)的葉片、盤、機(jī)匣等關(guān)鍵件，以及各類管路、緊固件等。鈦合金按照退火組織分類為α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金三類，我國(guó)分別以TA、TB、TC表示。按照合金材料成型方式，鈦合金可分為變形鈦合金、鑄造鈦合金和粉末鈦合金。按照性能特點(diǎn)分為低強(qiáng)度鈦合金、中強(qiáng)度鈦合金、高強(qiáng)度鈦合金、高溫鈦合金、低溫鈦合金、耐蝕鈦合金、損傷容限鈦合金等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金主要是能在高溫工作條件下（300℃~600℃）具有較高的比強(qiáng)度、高溫蠕變抗力、疲勞強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性的高溫鈦合金。高溫鈦合金發(fā)展的主要目標(biāo)是提高合金的使用溫度，目前鈦合金在發(fā)動(dòng)機(jī)375℃以下低溫段的應(yīng)用受到密度更小的樹脂基復(fù)合材料的競(jìng)爭(zhēng)，在高溫段（主要指高壓壓氣機(jī)和低壓渦輪部分）與鎳基高溫合金的競(jìng)爭(zhēng)中，傳統(tǒng)鈦合金的耐熱能力已接近極限，性能潛力提升空間已有限，目前在研的主要是600℃和650℃高溫鈦合金，而作為廣義“鈦家族”的成員，隨著新材料技術(shù)成熟度的提高，輕質(zhì)耐熱的Ti-Al系金屬間化合物（Ti3Al基、Ti2AlNb、TiAl基）和鈦基復(fù)合材料（包括Ti基、Ti3Al基和TiAl基）成為600℃以上非常有潛力的候選材料。鈦合金具有很高的氧化生成熱同時(shí)導(dǎo)熱性又很差，當(dāng)壓氣機(jī)中葉片和機(jī)匣發(fā)生摩擦?xí)r，很容易引發(fā)鈦的燃燒，產(chǎn)生鈦火，這個(gè)問題直接推動(dòng)了阻燃鈦合金的研究和發(fā)展，阻燃鈦合金主要用于壓氣機(jī)機(jī)匣和葉片。我國(guó)鈦及鈦合金產(chǎn)業(yè)在最近的十幾年中得到快速發(fā)展，2021年我國(guó)海綿鈦產(chǎn)量達(dá)到13.99萬噸，居全球第一，占到全球產(chǎn)量的61.6%，2021年共生產(chǎn)鈦加工材13.59萬噸，從產(chǎn)業(yè)規(guī)?？矗覈?guó)已經(jīng)成為世界鈦產(chǎn)業(yè)大國(guó)。但是我國(guó)鈦合金在航空航天領(lǐng)域的用量偏低，高端領(lǐng)域鈦合金還不能完全滿足航空工業(yè)跨越式發(fā)展要求，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍需持續(xù)優(yōu)化。全球范圍內(nèi)航空航天用鈦材始終占據(jù)鈦材總需求的50%左右，而2021年國(guó)內(nèi)航空航天用鈦材的比例僅為18%，2021年我國(guó)鈦加工材進(jìn)口7175噸，主要為航空航天等高端領(lǐng)域用鈦合金，隨著國(guó)內(nèi)軍用飛機(jī)的升級(jí)換代和新型號(hào)列裝，以及國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919取得適航認(rèn)證后的需求釋放，高端鈦合金材料市場(chǎng)空間廣闊。3.2.3復(fù)合材料復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的材料經(jīng)過復(fù)雜空間組合而形成的新型材料，可以彌補(bǔ)單一材料的不足，發(fā)揮組合后的新特征。復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高、抗疲勞性能好、熱膨脹系數(shù)小、高溫性能好、減震能力強(qiáng)、成型工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)異的綜合性能可適應(yīng)未來航空航天飛行器的發(fā)展趨勢(shì)，在進(jìn)入21世紀(jì)后，復(fù)合材料在發(fā)動(dòng)機(jī)中占比不斷提高，成為發(fā)動(dòng)機(jī)材料中的主體，復(fù)合材料的使用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)減重、提高推重比至關(guān)重要。復(fù)合材料分類方式很多，按照基體材料的不同可分為聚合物基復(fù)合材料（以樹脂、橡膠等為基體）、金屬基復(fù)合材料（以鋁、鎂、鈦等金屬及其合金為基體）和無機(jī)非金屬基復(fù)合材料（以陶瓷、玻璃、水泥、石墨等為基體）。航空發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用的復(fù)合材料主要包括樹脂基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料。樹脂基復(fù)合材料主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端部件（風(fēng)扇機(jī)匣、壓氣機(jī)葉片、進(jìn)氣機(jī)匣等）、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙和反推力裝置等，目前已形成280℃~450℃涵蓋四代的耐高溫樹脂基復(fù)合材料體系。陶瓷基復(fù)合材料密度低（僅為高溫合金的1/4~1/3），熱膨脹系數(shù)小，抗腐蝕性好，理論最高使用溫度高達(dá)1650℃，對(duì)減輕發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片質(zhì)量和降低渦輪葉片冷氣量意義重大，是發(fā)動(dòng)機(jī)高溫結(jié)構(gòu)的理想材料，但是陶瓷基復(fù)合材料的脆性大，極大限制了它在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。航空發(fā)動(dòng)機(jī)用最多的金屬基復(fù)合材料主要包括鈦基復(fù)合材料和鋁基復(fù)合材料，鈦基復(fù)合材料作為廣義鈦合金材料已在上一節(jié)做了介紹，應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇導(dǎo)向流葉片或者壓氣機(jī)靜子葉片的鋁基復(fù)合材料，相比于石墨纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料耐沖擊（冰雹、鳥等外物沖擊）能力更好，抗沖蝕（沙子、雨水等）能力更高，成本下降了1/3以上，而且損傷易發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)高性能樹脂基復(fù)合材料已取得重大突破，T300級(jí)和T700級(jí)碳纖維復(fù)合材料已在飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)上得到批量應(yīng)用，主要力學(xué)性能接近東麗T800碳纖維的國(guó)產(chǎn)T800級(jí)碳纖維也已實(shí)現(xiàn)百噸級(jí)穩(wěn)定性生產(chǎn)，但是與國(guó)外先進(jìn)水平相比，我國(guó)樹脂基復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用比例不高，仍需繼續(xù)提升設(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平及工程化能力，以滿足未來先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需求。陶瓷基復(fù)合材料方面，國(guó)內(nèi)起步較晚，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大。3.2.4隱身材料航空發(fā)動(dòng)機(jī)的紅外特征和雷達(dá)特征是通過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)/排氣系統(tǒng)表征出來的。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)腔體、排氣系統(tǒng)腔體、各種縫隙和邊緣是主要的雷達(dá)波散射源，常用的進(jìn)/排氣系統(tǒng)雷達(dá)隱身技術(shù)包括遮擋雷達(dá)散射源、邊緣修形（進(jìn)氣口、噴口和縫隙）以及采用雷達(dá)波吸收材料和結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)腔體、排氣系統(tǒng)腔體和尾噴流是主要的紅外輻射源，常用的進(jìn)/排氣系統(tǒng)紅外隱身技術(shù)主要包括遮擋紅外輻射源、高溫壁面的冷卻、尾噴流的快速降溫以及采用合理的表面材料。進(jìn)/排氣口發(fā)動(dòng)機(jī)的各種隱身技術(shù)中，隱身材料的應(yīng)用不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)或者飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)，不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力、耗油率特性產(chǎn)生不利影響。隱身材料存在多種分類標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)探測(cè)技術(shù)而言，隱身材料分為為雷達(dá)隱身材料、紅外隱身材料、可見光隱身材料、激光隱身材料以及多頻譜隱身材料等。按照材料用途隱身材料可以分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料，隱身涂層材料是將隱身材料涂覆在武器裝備部件表面，以降低其雷達(dá)和紅外目標(biāo)特性，隱身結(jié)構(gòu)材料是將吸收劑分散在特種纖維（如玻璃纖維、石英纖維）增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料中，形成結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，可替代部分現(xiàn)有武器裝備金屬材料制造的結(jié)構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和隱身功能的一體化。隱身技術(shù)從上世紀(jì)70年代初才開始走向應(yīng)用，處于早期階段的隱身材料存在隱身頻帶窄、涂層厚重、力學(xué)強(qiáng)度不足、維護(hù)成本高等問題，此階段隱身武器以雷達(dá)隱身為主，進(jìn)入90年代，隱身技術(shù)進(jìn)入成熟階段，隱身材料向多頻譜兼容化發(fā)展，此階段隱身武器以兼具雷達(dá)、紅外、激光等多頻譜隱身功能為主。我國(guó)在隱身材料上的研發(fā)起步較晚，各國(guó)在隱身技術(shù)領(lǐng)域存在嚴(yán)密的