航空发动机及其零件设计制造技术简介

6.55
涵道比
总增压比
质量(kg)
长度(mm) 5211
0.62
21.5
1527
二、几种国产航空发动机简介
太行
中国首个具有自主知识产权的高性能、大推力、加力式涡轮 风扇发动机
•
• 采用了跨音速风扇；气冷高温叶片，电子束焊整体风扇转子， 钛合金精铸中介机匣，带可变弯度的整流叶片，高压机匣处理 以及整机单元体设计等先进技术
三、发动机零部件制造技术
• 目前，整体叶盘的制造方法主要有： 电子束焊接法； 扩散连接法； 线性摩擦焊接法； 五坐标数控铣削加工或电解加工法； 锻接法； 热等静压法等。 • 利用五坐标数控加工中心实现整体叶盘加工是目前航空发 动机风扇及压气机整体叶盘研制的主要方法之一。
现代设计与集成制造技术教育部重点实室
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三、发动机零部件制造技术
快速原型制造技术
• 快速原型（Rapid Prototyping，RP）制造技术出现于20 世纪90 年代中期，这种基于“离散- 堆积”原理和增材制造的 方法，能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、近 净成形，具有高度柔性的制造思想已经被企业界广泛接受，其 应用已从最初的设计原型和测试原型制造向最终产品制造的方 向发展。 • 快速原型/ 零件制造技术为航空发动机复杂零件的设计实现 实体化提供快速方便的手段，可实现精铸复杂模具的制造，现 在发展到直接快速成形零件，是一种很有发展前景的工艺方法。
二、几种国产航空发动机简介
昆仑
级的军用涡喷发动机 • 推重比7∶1 • “昆仑”发动机在继承成熟 技术的基础上采用了近40项新 技术、新材料、新工艺，如现 有世界先进发动机都在应用的 定向凝固、无余量精铸、复合 冷却空心涡轮叶片技术等
• 国内目前最先进的中等推力
三、发动机零部件制造技术
轻量化、整体化新型冷却结构件制造技术 新材料构件制造技术 航空发动机制造技术新工艺 航空发动机零部件的无损检测技术 面向零件制造过程的专业化成套制造技术 以信息化技术为纽带，建立数字化工厂
三、发动机零部件制造技术
新材料构件制造技术
• 推重比15~20 一级的航空发动机要求材料具有耐高温、 高强度、高韧性等特性。高性能发动机已经采用很多种类 的新材料和新材料构件，尤其是金属基复合材料、陶瓷基 复合材料、碳/碳复合材料是当前高温复合材料领域开发 和应用研究的热点。与其同时进行的高温复合材料构件制 造技术正在深入地发展。
我们的努力方向： 1.加强制造技术基础科研工作，开展创新性探索研究 2.尽快突破航空发动机的关键制造技术 3.设计- 材料- 工艺密切配合
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For more information, you may refer to:
黄维等•先进航空发动机关键制造技术研究• Defense Manufacturing Technology， 2006,3 国防科技网 (http://www.81tech.com)：先进航空发动机生产的专业知识与制 造方法 浙江大学机械与能源工程学院现代制造工程研究所：先进的制造技术在航空领 域的应用 Zhu J.H. etc., On the Topology Optimization Design for the Stereolithography based Investment Casting Model. Advanced Materials Research. 2010, 139-141 Websites: GE、 Rolls-Royce 、 Pratt & Whitney Group 、SNECMA …
三、发动机零部件制造技术
数控加工技术在航空发动机的制造中主要用于压气机及涡 轮机的各类机匣、压气机盘及涡轮盘、涡轮轴和压气机轴等复 杂构件的加工。 高效精密切削、变形补偿、自适应加工，以及抗疲劳制造 等技术的研究和应用在新一代发动机的加工中需求迫切。 磨削在先进的切削技术研究中占有重要地位。目前，磨削 技术的发展趋势是：发展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨 削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削加工技术，研制高精 度、高刚性的自动化磨床。
三、发动机零部件制造技术
线性摩擦焊接法
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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室
西北工业大学现代设计与集成制造技 术教育部重点实验室经过近10年研究， 先后突破了10余项关键技术，系统地 解决了研制全过程的主要工程技术难 题，建立了具有自主知识产权的整体 叶盘加工理论、工艺规范、专用软件， 形成了产学研结合、专业化协作的数 字化制造技术体系，建成了国内唯一 的整体叶盘快速试制基地。实现了复 杂整体结构件加工技术的跨越，与传 统工艺相比，加工精度明显提高，加 工时间缩短60%，叶片变形扭转角仅 为传统工艺的1/10，实现了整体叶盘 的高效精密加工。该成果属国内首创， 其综合技术达到了国际先进水平。
三、发动机零部件制造技术
数控加工技术在航空发动机的制造中主要用于压气机及涡 轮机的各类机匣、压气机盘及涡轮盘、涡轮轴和压气机轴等复 杂构件的加工。 高效精密切削、变形补偿、自适应加工，以及抗疲劳制造 等技术的研究和应用在新一代发动机的加工中需求迫切。 磨削在先进的切削技术研究中占有重要地位。目前，磨削 技术的发展趋势是：发展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨 削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削加工技术，研制高精 度、高刚性的自动化磨床。
三、发动机零部件制造技术
三维CAD模型 分层切片 各层截面的轮廓 激光器（或喷嘴）按各层截 面轮廓切割、固化或烧结 微小厚度的片状实体 逐层堆积 三维模型或样件
三、发动机零部件制造技术
三、发动机零部件制造技术
三、发动机零部件制造技术
• 主要方法有： 分层实体制造（LOM）； 选择性激光烧结（SLS）； 熔化沉积制造（FDM）； 三维立体印刷（SLA）； 三维焊接法等。
三、发动机零部件制造技术
整体叶盘制造技术
• 整体叶盘将叶片和轮盘设计成一个整体的结构，省去了传 统连接需要的榫头、榫槽和锁紧装置，减少了结构重量和零 件数量，还避免了榫头气流损失，使发动机结构大为简化。
三、发动机零部件制造技术
• 与上述优点相对应，航空发动机整体叶盘的制造工艺 面临着非常严峻的挑战。由于整体叶盘结构复杂，加工 精度要求高，叶片型面为空间自由曲面，形状复杂且通 道开敞性差，而且为适应高温、高压、高转速的工作条 件，整体叶盘广泛采用钛合金、粉末高温合金等高性能 金属材料和钛基、钛铝化合物等先进复合材料，材料的 可加工性差，造成整体叶盘的综合制造技术成为世界级 的技术难题。
五、发动机制造的发展与展望
我们的差距： 1.基础研究薄弱，技术储备不足，试验设施不健全 2.国家经济相对落后，研制经费严重不足 3.对发动机的技术复杂性和研制规律认识不足 4.基本建设战线过长、摊子过大、力量过散、低水平重复 5.管理模式相对落后，缺乏科学民主的决策机制和稳定、权 威的中长期发展规划
二、几种国产航空发动机简介
秦岭
• 在英国斯贝MK202发动机基础上改进而来 • “涡扇-9”发动机的全国产化+改进版本 • 中等推力涡轮风扇发动机
二、几种国产航空发动机简介
秦岭发动机主要参数
最大加力推 力(daN) 9800 中间推力 (daN) 6370 加力耗油率 (kg/daN/h) 2.02 最大直径 (mm) 1095 耗油率 (kg/daN/h) 0.67 涡轮进口温 度(K) 1550 推重比 空气流量 (kg/s) 96.9
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黄维等•先进航空发动机关键制造技术研究• Defense Manufacturing Technology， 2006,3 国防科技网 (http://www.81tech.com)：先进航空发动机生产的专业知识与制 造方法 浙江大学机械与能源工程学院现代制造工程研究所：先进的制造技术在航空领 域的应用 Zhu J.H. etc., On the Topology Optimization Design for the Stereolithography based Investment Casting Model. Advanced Materials Research. 2010, 139-141 Websites: GE、 Rolls-Royce 、 Pratt & Whitney Group 、SNECMA …
三、发动机零部件制造技术
航空发动机零部件的无损检测技术
• 无损检测技术能为发动机产品提供内部质量信息，既可 作为产品评价的依据，也为工艺分析提供参考信息，是确 保发动机结构高可靠性的重要手段。对于航空发动机而言， 在服役过程中难免会出现一些疲劳裂纹、损伤以及恶劣工 作环境下组织状态变化等问题，及时检测到这些问题对于 减少事故、提高零部件的使用寿命有重大意义。 • 常用的检测技术有超声检测、涡流检测、工业CT无损检 测等。无损检验技术发展的总趋势仍是速度快，自动化程 度高，分辨率高，易于解读，可靠性高，以及成本低。
三、发动机零部件制造技术
信息化技术→数字化工厂
• 信息化是振兴及提升航空发动机制造业的必要途径，必须 将专业的制造技术与信息技术、管理技术相融合，运用先进 的信息技术和现代管理思想，实现航空发动机设计、试验、 制造、检测、管理、使用和维护等全过程的自动化、网络化 和智能化。在国外，航空发动机研制已利用信息化技术从传 统的大批量制造模式转向现代先进精益制造模式。 • 例如，罗· 罗公司建立了发动机典型零件的自动化生产线 和协同的计算机工作环境，实施了并行工程，从整体上增强 航空发动机的研制能力。
航空发动机及其零件设计制造技术简介
二〇一二年四月
主要内容
一、航空发动机的分类与构成 二、几种国产航空发动机简介 三、发动机零部件制造技术 四、发动机制造难题 五、发动机制造的发展与展望
一、源自文库空发动机的分类与构成
活塞式航空发动机 燃气涡轮发动机/喷气式发动机 冲压发动机
一、航空发动机的分类与构成
四、发动机制造难题
航空发动机制造面临的几大难题： （1）高性能的航空发动机要求通过不断结构创新，才能达 到先进的总体设计和高循环参数要求； （2）超过极限的参数要求最终都要落实到发展尖端的材料、 制造工艺上； （3）航空发动机的制造是现代技术和传统技艺的集成； （4）研制航空发动机还难在航空发动机的技术本身不成熟， 现在还是实验性技术。
三、发动机零部件制造技术
先进的切削技术
• 切削加工一直是航空发动机关重件的主要制造手段。随着 航空发动机推重比的不断提高，特别是质量的不断减轻，发 动机制造将越来越多地依赖于高比强度、低密度、高刚度和 耐高温能力强的钛合金、高温合金以及金属基复合材料等新 材料，而这些材料都属于典型的难加工材料。同时发动机关 重件往往型面复杂，对加工精度和表面完整性的要求极高， 因此在新一代航空发动机的切削加工中迫切需要采用新型刀 具材料、刀具结构以及高效的工艺方法，同时这种需求也大 大推动了具有高刚度、高精度和大驱动功率的专用机床和通 用机床的发展。