民用航空发动机的设计研发流程,主要有以下几步:
第一,立项。在这一步中,需要写出想要研发的发动机的大概推力和涡轮前温度。推力是发动机给飞机提供的动力,通常推力越大,能做到的事情就越多。发动机涡轮的温度越高,推力就越大,但是随着温度的升高,材料会无法承受。这就需要找到先进的方法或技术手段,保证材料在高温下还能照常运作。
第二,论证。就是要去论证这样的产品是否具有市场和需求,现有的技术是否能够达到、满足这个需求。如果现阶段没办法满足,几年之内要能够通过技术的发展来满足它。只有可以满足需求,才能去做。
第三,设计。经过纸面设计后,研发团队会生产出一个工程样机,再通过实验,验证它能够满足所有的性能要求。
第四,小批量的生产。这时候,需要在各种载荷情况和工作环境下去验证性能。没有问题的话,就可以进行大批量生产。大批量生产的同时,也要注意改善某些零部件的加工,以降低成本。
航空发动机的技术更新主要靠军用飞机的研发来推动。最早的航空发动机是活塞式的,它用于带动螺旋桨或旋翼。后来,因为战争需要,德国和英国开始研发喷气式发动机,在这之后,飞机的飞行速度就可以突破音速。战争结束后,由于喷气式发动机的推力比活塞式更大,这个原理就应用到了民航客机之上。设计人员在此基础上,一步步增加安全性能、降低耗油率、降低成本,也就是渐进式的进步。
研发航空发动机时,通常会有一个整体的规划,一个型号的发动机的研发成本在15-30亿美元。发动机主要研发的其实是核心机,核心机包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮,可以说是发动机的心脏。核心机这一块的温度最高,技术难度也最大,有了核心机之后,就可以配比不同的低压部分,比如低压压气机、风扇和低压涡轮,以及其他的辅助部件。
我们经常会听到某一代发动机的说法,它的划分标准是涡轮前的温度,比如,现在第四代航空发动机的温度是1800摄氏度,前几代大概在1500度和1200度左右。当核心机的技术成熟了,发动机生产商就可以根据市场的需求,配置低压部分,调整推力,满足市场的不同需求。低压部分变化了,发动机的价格也会随之变化。就像苹果推出新一代手机时,它定义每一代的标准是处理器,然后根据用户的需求做出iPhoneX、iPhone8等等。
以上就是航空发动机的研发设计流程,它的重大技术更新主要是由军用飞机研发推动的。