航空發(fā)動機作為戰(zhàn)機的“心臟”，它的制造被譽為“工業(yè)之花”和“皇冠上的明珠”。
之所以有此美譽，一是因為它在相當程度上決定著戰(zhàn)機的作戰(zhàn)性能，二是因為航空發(fā)動機的研制難度很大。
戰(zhàn)機“心臟”的研制有多難？美國在國家航空發(fā)動機關鍵制造技術(shù)推進計劃中曾這樣表述：“這是一個新手難以進入的領域，它需要國家充分保護并利用該領域的成果，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，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)基礎能力作保障和支撐，是一個國家科技水平、工業(yè)基礎、綜合國力的集中體現(xiàn)。
目前，戰(zhàn)機使用的發(fā)動機主要是燃氣渦輪發(fā)動機。其工作原理簡言之就是空氣從進氣道進入，經(jīng)過壓氣機壓縮，在燃燒室中燃燒形成高溫高壓燃氣，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)動機各個部件需要在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負荷環(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，則要闖過設計試驗、材料工藝、制造技術(shù)等多重難關。
設計試驗復雜。航空發(fā)動機業(yè)內(nèi)有這樣一種說法，“航空發(fā)動機是試出來的。”因為，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)上試的是設計，試的是發(fā)動機各部件的可靠性設計水平。戰(zhàn)機“心臟”的設計綜合了結(jié)構(gòu)力學、氣體動力學、熱力學等多種專業(yè)技術(shù)成果，其難度不僅體現(xiàn)在設計原理的復雜性，更體現(xiàn)在其功能作用的高度耦合性。對航空發(fā)動機來說，一個部件微小的改動都有可能影響到整個發(fā)動機的性能。由于影響因素眾多，只有反復迭代計算，才能不斷優(yōu)化設計。比如發(fā)動機減重，設計時對材料的運用幾乎達到毫克必爭的地步。
材料要求很高。當前，戰(zhàn)機的“心臟”結(jié)構(gòu)正朝著輕量化、整體化、復合化方向發(fā)展，發(fā)動機部件正朝著高溫、高壓比、高可靠性發(fā)展，特別是發(fā)動機的轉(zhuǎn)動件在不同溫度、載荷、環(huán)境介質(zhì)下工作，對強度、耐熱性和抗腐蝕能力的要求更高。高強度、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?？梢哉f，航空發(fā)動機的革命也是材料的革命。戰(zhàn)機“心臟”早期采用鋁合金、鎂合金、高強度鋼和不銹鋼等制造；后期為增加發(fā)動機推力，大量的新型材料相繼投入應用，比如鈦合金、鎳基高溫合金和陶瓷基、樹脂基復合材料等。但是與戰(zhàn)機發(fā)展的進程和客觀要求相比，新型材料研發(fā)方面的落后仍然是制約航空發(fā)動機性能提升的重要因素。
所需工藝先進。為滿足減重高效的需求，戰(zhàn)機“心臟”的很多構(gòu)成部件都采用一體化、輕量化結(jié)構(gòu)，其復雜的曲面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)對制造工藝及設備提出了很高要求。尤其是一些關鍵部件，如整體葉盤、葉環(huán)，靜子、轉(zhuǎn)子葉片，機匣以及寬弦風扇葉片等，它們的制造精度對發(fā)動機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)動機制造工藝有很多的缺陷和不足，這導致發(fā)動機零部件在生產(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)、設計仿真軟件、3D打印技術(shù)以及人工智能借力，推動戰(zhàn)機“心臟”的打造精度和效率進一步提升。
（作者單位：空軍工程大學）