郝 斌，張振興

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，遼寧沈陽 110015）

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的重要組成部分，是確保飛機(jī)是否完成順利飛行的關(guān)鍵。近年來，越來越多的國家將資金和人力投入到飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和制作中，試圖研究出更高性能的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，更好地展現(xiàn)自身的科技水平和綜合國力。當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)按照用途主要分為民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)和軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)。民用飛機(jī)展現(xiàn)的是一個(gè)國家的科技水平和綜合國力，其中采用的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)更是制造業(yè)中的靈魂技術(shù)所在。利用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)制造出來的產(chǎn)品價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電器、汽車制造等行業(yè)，可以為國家創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還是一個(gè)國家進(jìn)行外交的重要政治籌碼。軍用飛機(jī)在戰(zhàn)爭時(shí)期是決定戰(zhàn)爭勝敗的關(guān)鍵因素，而在現(xiàn)階段則是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的重要助力，集中體現(xiàn)了一個(gè)國家工業(yè)基礎(chǔ)、科技水平和綜合國力，能夠?yàn)橐粋€(gè)國家的發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障，當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)技術(shù)已經(jīng)成為諸多國家關(guān)注的重要技術(shù)之一。

當(dāng)前許多國家能夠獨(dú)立生產(chǎn)飛機(jī)、坦克、核彈或火箭，但是只有美國、俄國、英國和法國能獨(dú)立制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)。相比于這些技術(shù)發(fā)展成熟的國家，我國在技術(shù)上還存在很多不足之處，未來我國將一直致力于研發(fā)并提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。

1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

第四次工業(yè)革命的到來，改變了傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)模式，傳統(tǒng)的工廠已經(jīng)不滿足不了日益增長的生產(chǎn)需求，新型的現(xiàn)代化智能工廠應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控機(jī)床成功替代了傳統(tǒng)機(jī)床的生產(chǎn)工藝，大大提高了生產(chǎn)線的效率，改善了產(chǎn)品精度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，使得產(chǎn)品擁有了更高的市場競爭力。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)主要有如下4 點(diǎn)。

（1）精度高。普通機(jī)床的加工精度一般能夠達(dá)到微米級，而數(shù)控機(jī)床的加工精度更高，可以達(dá)到納米級。精度的提高能夠保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的生產(chǎn)需求，同時(shí)還可以保障生產(chǎn)產(chǎn)品的總體合格率。

（2）連續(xù)加工多道工序。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是由多種內(nèi)部零件構(gòu)成，因此在加工的過程中會(huì)涉及到多道工序。對于普通機(jī)床來說，只能在生產(chǎn)線上完成一道工序，通過嚴(yán)格的審查后可能還要進(jìn)行返工，人工重新找準(zhǔn)定位，需要耗費(fèi)很多周轉(zhuǎn)時(shí)間。但是數(shù)控機(jī)床只需要進(jìn)行一次定位、更換相應(yīng)的刀具，就可以直接進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的生產(chǎn)，大大提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的生產(chǎn)效率。

（3）允許大切削量。數(shù)控機(jī)床具有軸速快、移動(dòng)快的重要特點(diǎn)，且內(nèi)部要保持封閉狀態(tài)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣尺寸大、切削量大，滿足生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的零件的條件。

（4）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床在啟動(dòng)前會(huì)設(shè)置設(shè)備程序，只要程序不發(fā)生改變，設(shè)備硬件設(shè)施不發(fā)生改變，那么就會(huì)生產(chǎn)出幾乎沒有變化的零件。在保證人為誤差的前提下，只要將設(shè)備調(diào)試完好，就能確保生產(chǎn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的合格率。

2 數(shù)控機(jī)床在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造過程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在第四次工業(yè)革命后，我國的數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展和推廣，CAD/CAM 制造技術(shù)不斷發(fā)展和成熟，已經(jīng)成為制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的重要技術(shù)手段，普通機(jī)床已經(jīng)退出歷史的舞臺(tái)，而帶有磨、數(shù)控車和銑的數(shù)控機(jī)床逐漸成為制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的重要設(shè)備。盡管數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢顯而易見，但是其內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，也存在一些問題，主要分為以下3 個(gè)方面。

（1）花費(fèi)成本高昂。引入數(shù)控機(jī)床來生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)在前期投入大量的成本，在使用期間還要投入大量的人力和資金，還要花費(fèi)維護(hù)設(shè)備的資金，這是傳統(tǒng)的機(jī)床無法與之相比的，盡管生產(chǎn)效率得到了有效提高，但是投入的經(jīng)濟(jì)成本較高。

（2）操作人員基數(shù)水平不夠。對于傳統(tǒng)機(jī)床來說，操作人員僅僅學(xué)會(huì)最簡單的理論知識(shí)和基本操作便能夠順利的對整個(gè)機(jī)床進(jìn)行一系列的操作，但是數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床的操作方法有著很多的不同之處，不僅要準(zhǔn)備大量的前期工作，進(jìn)行相關(guān)的程序編制，而且還要求操作人員把握好整個(gè)設(shè)備的操作流程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，才能夠順利保障數(shù)控機(jī)床的順利生產(chǎn)。但是在實(shí)際的操作中，操作人員的技術(shù)水平并不到位，對于設(shè)備操作不熟悉很容易造成人為誤差，生產(chǎn)出來的零件自然達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，而且設(shè)備后期還需要引入相應(yīng)的維護(hù)人員，生產(chǎn)企業(yè)不僅需要花費(fèi)時(shí)間和資金培養(yǎng)高知識(shí)水平的操作人員，還要花費(fèi)更多的資金進(jìn)行后期設(shè)備的維護(hù)。

（3）精度達(dá)不到零件要求。航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部含有多種零件，每個(gè)零件對于精度的要求也是不同的，對于精度要求不高、工序步驟少的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件，可以使用傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行定位，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員便可以完成零件的生產(chǎn)和加工。但是對于精度高的發(fā)動(dòng)機(jī)零件來說，如果因?yàn)闄C(jī)器的一點(diǎn)偏差，不僅會(huì)影響到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，同時(shí)還會(huì)影響到整架飛機(jī)的飛行。發(fā)動(dòng)機(jī)材料、結(jié)構(gòu)和工藝的復(fù)雜性與其高精度制造之間形成了一對矛盾，成為制約我國發(fā)動(dòng)機(jī)零件生產(chǎn)的重要瓶頸，這就要求我國的零件生產(chǎn)企業(yè)不斷提高數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)精度，從而有效推動(dòng)我國航空領(lǐng)域的發(fā)展。

3 提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的有效措施

為了滿足民用飛行和軍用飛行的種種需求、提高我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，可以從以下4 個(gè)方面入手。

3.1 開發(fā)新概念的航空發(fā)動(dòng)機(jī)

軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)的用途不同，為了更好地滿足這2 種需求，我國應(yīng)當(dāng)充分重視新型發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，加大資金、人力和物力來研發(fā)新概念的發(fā)動(dòng)機(jī)，為未來的航空事業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)。目前很多新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)不斷被研發(fā)出來，如波轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、智能發(fā)動(dòng)機(jī)，未來這些發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的熱點(diǎn)。當(dāng)然，應(yīng)用這些新型發(fā)動(dòng)機(jī)的前提是確保我國制造技術(shù)朝著更成熟的方向發(fā)展。

3.2 使用新型材料和新型結(jié)構(gòu)

目前的航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用了不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料來滿足航空飛行的要求，如使用夾層結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)、耐高溫結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)，而且也開始使用陶瓷基復(fù)合材料、新型單晶高溫合金、高溫鈦合金等新型材料，這不僅能夠有效降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的總體質(zhì)量，延長航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，增強(qiáng)可維修性，同時(shí)還可以提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的總體性能。

3.3 采用先進(jìn)的制造模式和工藝技術(shù)

基于新理念的制造模式和工藝技術(shù)是為了給我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。當(dāng)前新型的制造模式和工藝技術(shù)主要分為以下4 個(gè)方面。

（1）開啟智能化的制造模式來進(jìn)行工藝革命。智能制造是指通過計(jì)算機(jī)來模擬專家的判斷推理、理論分析和構(gòu)思、決策等智能行為，有機(jī)的將這些智能活動(dòng)與智能機(jī)器融合在一起，這樣可以有效減少研發(fā)專家的腦力勞動(dòng)，同時(shí)也能有效提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的生產(chǎn)效率。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的生產(chǎn)和裝配的過程中，應(yīng)用智能制造模式可以減少零件的生產(chǎn)時(shí)間、有效避免人為誤差，是當(dāng)前乃至未來航空企業(yè)需要重點(diǎn)發(fā)展的方向。

（2）通過增材制造技術(shù)來改變傳統(tǒng)的工藝制作路線，這種技術(shù)主要是指基于數(shù)字模型將金屬和復(fù)合材料在特定的位置制成凈零件的技術(shù)，也常被稱為3D 打印技術(shù)。這種新興的前沿技術(shù)改變了原有的工藝路線，能夠直接制作出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，不僅能簡化工藝流程，提高零件性能，同時(shí)還能夠大大提高零件反應(yīng)速度，目前已經(jīng)被用于先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴等零件中。隨著應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，增材制造技術(shù)一定能成為制造先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要工藝之一。

（3）傳統(tǒng)工藝大多遵循的是結(jié)構(gòu)完整性的制造理念。發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性主要是指關(guān)系到安全使用、使用費(fèi)用和功能的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)、損傷容限及安全壽命等發(fā)動(dòng)機(jī)所要求的結(jié)構(gòu)特性的總稱。在對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的系列操作中，制造技術(shù)的高低直接決定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性。在確保發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性的前提下，在制造技術(shù)和測試驗(yàn)證技術(shù)的共同作用下，可以有效改進(jìn)制造技術(shù)，促進(jìn)制造技術(shù)的快速成熟。

（4）隨著微納米制造技術(shù)的不斷發(fā)展，制造技術(shù)的應(yīng)用范圍變得越來越寬。微納制造技術(shù)一般指微米、納米級（0.1～100 nm）的材料、設(shè)計(jì)、制造、測量、控制和產(chǎn)品的研究、加工、制造以及應(yīng)用技術(shù)，當(dāng)前微納制造技術(shù)主要包括加工精度和加工尺度2 個(gè)方面的內(nèi)容，當(dāng)前主要被應(yīng)用于MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng)）、碳納米管材料、仿生結(jié)構(gòu)、傳感器等器件的制造。利用微納制造技術(shù)不僅可以生產(chǎn)出高精度的元器件和零部件，還能在一定程度上提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的總體性能。

3.4 建立優(yōu)秀人才隊(duì)伍

人才是一個(gè)企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力源泉，面對發(fā)動(dòng)機(jī)制造市場的激烈競爭，確保優(yōu)秀的人才隊(duì)伍才是制勝的關(guān)鍵所在。無論是冷加工還是熱加工，只有優(yōu)秀的人才才能夠確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)異。目前我國發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)的人員操作水平層次不齊，缺少高層次科技人才，也沒有充足的技術(shù)骨干力量，嚴(yán)重制約了航空動(dòng)力的發(fā)展。為了能夠研制出更高性能的飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)我國成為航空大國的目標(biāo)，航空企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視人才的重要性，一定要將人才用到實(shí)處，還要加大力度引進(jìn)人才，將其培養(yǎng)成優(yōu)秀的技術(shù)骨干。

4 結(jié)束語

制造高性能的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，勢必要掌握先進(jìn)的制造技術(shù)，材料和工藝的進(jìn)步直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展。因此，我國應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的規(guī)律，制定出符合我國根本國情的航空制造計(jì)劃，不惜人力、物力和資金的投入，開展高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造研究。只有掌握先進(jìn)的研發(fā)技術(shù)，不斷突破制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的阻礙，積極學(xué)習(xí)國外航空強(qiáng)國的先進(jìn)的制造技術(shù)，結(jié)合我國當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的實(shí)際研發(fā)情況，不斷進(jìn)行工藝創(chuàng)新，堅(jiān)持科學(xué)的工藝管理理念，以先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)作為支撐，不斷提升我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝的技術(shù)水平，打造出獨(dú)具特色、滿足航空需求又能適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的工藝體系。