比钻石稀有的铼对歼20有多重要 或决定WS15航发成败

2017年09月05日 14:55 新浪军事
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  在正式展开文章之前,喵君有必要向大家先介绍一下铼这种稀有金属的一些情况:

  1、铼是一种具有战略价值的稀有金属,全球储量极其有限,目前全世界探明的铼储量仅在数千吨左右。我国目前探明的铼储量约占全球总额的7%,排在智利、美国、俄罗斯和哈萨克斯坦之后。

  2、全球每年的铼产量非常稀少,仅在25至30吨左右,而目前我国每年的进口量在5吨左右。

铼的储量非常稀少,开采业也很困难,我国每年的都得进口相当数量的铼金铼的储量非常稀少,开采业也很困难,我国每年的都得进口相当数量的铼金

 

  3、铼的开采难度极大,但有具有极其重要的工业价值,所以其价格非常高昂。每克价格在300元以上,和铂(白金)相近,比黄金更加贵重。

铼的样貌并不出众,但这并不妨碍它是一种比黄金还要昂贵的稀有战略金属铼的样貌并不出众,但这并不妨碍它是一种比黄金还要昂贵的稀有战略金属

  4、铼和铼合金的一大战略价值就体现在其航空用途上。理由很简单,第一,每年出产的铼约80%都是用来生产航空发动机的;第二,铼合金的熔点达到3182摄氏度,是公认最优秀的航空稀有金属之一。

  ……

  所以不用喵君我再多做补充,大家也应该意识到铼合金和为歼-20专门研发的下一代航空发动机涡扇-15,以及和整个中国航发工业未来的重要联系了吧?而这也正恰恰说明了我国企业突破航空发动机铼合金单晶涡轮叶片的里程碑式意义,换句话来说,这将会是涡扇-15和中国航空发动机工业迈向未来的一张重要入场券。

央视财经频道在9月2日晚播出的节目里透露,我国航空工业目前已经突破了铼合金单晶叶片的制造加工技术央视财经频道在9月2日晚播出的节目里透露,我国航空工业目前已经突破了铼合金单晶叶片的制造加工技术

  大家都知道,推力和使用寿命是衡量一款战斗机发动机的两大关键因素,而推力和使用寿命的上限,很大程度上就是由构成发动机的超合金的性能所决定的。想要让发动机获得更大的推力,就一定得让发动机涡轮能在更高温度下长时间稳定工作。只有这样,发动机设计师们才有更多余地为涡轮增压,从而提高发动机的工作效率。也可以加快航空燃料的燃烧效率,从而迸发出更强大的推力。

  而要想让发动机的使用寿命得到根本性延长,一个基本办法就是将发动机使用时的温度控制在一定范围内,只要涡轮组的耐高温上限和发动机工作时的温度之间留有充足余地,那么发动机的使用寿命就可以得到延长。

提高发动机推力和延长使用寿命是一对矛盾,但5代机的发动机就是要现实鱼和熊掌的兼得提高发动机推力和延长使用寿命是一对矛盾,但5代机的发动机就是要现实鱼和熊掌的兼得

  这两项关键性能听起来似乎非常矛盾。想要提高推力就得让发动机在更高温度下工作,而在更高温度下工作的发动机往往使用寿命又不长。曾经的俄国人就在矛和盾的衡量上纠结了很久,他们最后在推力和寿命之间选择了前者,这种思想反应到实际中的一大典型产物,就是今天为中国军迷所熟悉的AL-31系列航空发动机。AL-31系列航发广泛装备于中国空军目前的几乎全部主力机型,从歼-10A/B/C到歼-11,从歼-15到歼-16,最后再到歼-20。毫不夸张的说,中国空军目前有半壁江山都是由AL-31系列发动机撑起来的,大家经常在网上讨论的热火朝天的所谓“国发毛发”之争,这里提到的“毛发”,主要指的就是AL-31。

目前我国战机的主要动力源之一AL-31系列发动机,其作为4代机配套动力是合格的,但给5代机用就不够看了目前我国战机的主要动力源之一AL-31系列发动机,其作为4代机配套动力是合格的,但给5代机用就不够看了

 

  平心而论,AL-31是一款相当不错的发动机,给4代和4代半战机用是合格的,现在它被人吐槽大修间隔时间和使用寿命远远不及欧美发动机其实有点冤,因为这是苏/俄在航发工业能力有限的情况下做出的取舍。苏联/俄罗斯的航空工业尤其是航空发动机工业,本来就和欧美尤其是美国差着一截,在航发领域俄国人从来就没能追上过美国。苏-27作为一代名机,之所以其气动外形如此出类拔萃,在很大程度上也是被本国航发工业的落后逼的。发动机如果不够给力,那就只有通过进一步优化战斗机的气动外形来获得补偿。反过来说,只要你的发动机足够给力,那么气动外形就是平庸保守一点也无伤大雅。这就是苏-27和F-15两款经典4代机,还有为它们配套的AL-31与F-100两种经典发动机之间的故事。

 

F-100发动机的性能比AL-31更胜一筹,而苏-27的气动外形则对F-15占有优势F-100发动机的性能比AL-31更胜一筹,而苏-27的气动外形则对F-15占有优势

 

  再后来苏联解体了,冷战结束之后的俄罗斯航空工业步履维艰,在航发技术上和美国更拉开了差距。而这时候美国为F-22研制的F-119发动机却已成熟堪用了,在加上后来还为F-35研制出了推力更大的F-135发动机,美帝的核心科技水平依然无可撼动。

  F-119和F-135是很厉害,就和它们专门服务的F-22和F-35一样厉害,但这种厉害说到底其实也没什么大不了的。F-119在原理上还是和AL-31一样的涡扇发动机而已,它之所以能帮助F-22成就“不开加力实现超音速巡航”和“二元推力矢量超机动”等等逆天本领,一靠推力够猛,二靠二元矢量喷口的耐久性强。换句话来说,F-119有这样的能耐,是因为在目前广为接受的涡扇发动机的原理上将其性能推向了极致。如果将目前涡扇发动机性能上限定格在铂金分段,那么F-119的水平就是铂金5,而AF-31只有铂金1或是2,给苏-35用的117S强一些,大概是铂金3。

造大推力发动机的关键是耐热,造隐身战机的巧妙是外形。都是明摆着的道理,但能玩转的国家少之又少造大推力发动机的关键是耐热,造隐身战机的巧妙是外形。都是明摆着的道理,但能玩转的国家少之又少

 

  而F-119达到本段位最高水平的诀窍说起来简单。概括而言,就是使高压涡轮能在尽可能高的温度下长时间工作,而且使涡轮机的耐高温上限和发动机平时工作时的温度间留有充足余地。这对矛盾在美国人那里依然是个矛盾,但他们拥有调和矛盾以达到最佳平衡的办法,那就是使用更先进的、可耐超高温度的新型合金材料。

  把话说的直白一点,F-119之所以能达到160千牛的最大推力,一大功劳得归于普惠公司所使用的先进铼合金涡轮单晶叶片。用铼合金打造的单晶叶片可以承受超过3000度的高温,这个水平远高于目前主要使用镍合金的单晶叶片,因为后者的耐高温上限只有1455度。使用铼合金单晶叶片的发动机天然具有耐超高温的本领,而且允许战机在平时工作状态下维持的温度上限也更高,这样一来,发动机就能在推力和使用寿命两个关键性能上取得最佳平衡。

合金单晶涡轮叶片,航空发动级的心脏部件。正是无数个这样的小东西,构成了现代工业史上最雄伟的奇迹合金单晶涡轮叶片,航空发动级的心脏部件。正是无数个这样的小东西,构成了现代工业史上最雄伟的奇迹

 

  只要人的胃容量总是一定的,想要在有限的空间内塞下尽可能多的熊掌和鱼就会存在矛盾。而加强锻炼和注重肠胃调理可以改善人的消化系统,从而达到吃下更多食物的目的。铼合金单晶叶片恰恰就是用来提高发动机“消化能力”的“膳食纤维素”。

将来歼-20能否顺利用上性能优异的涡扇-15发动机,就得看国产铼合金单晶叶片的本事了将来歼-20能否顺利用上性能优异的涡扇-15发动机,就得看国产铼合金单晶叶片的本事了

 

  现在再回过头去看看,大家就能明白,为什么我国企业突破铼合金单晶叶片生产加工工艺会如此重要。涡扇-15要获得大推力和高使用寿命都离不开它。有了它,才有歼-20的强劲“中国心”;有了它,中国的航空发动机事业才能迈向更光明的下一个篇章。(作者署名:超大防务)

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