航空发动机：集机械行业大成

老哲

目前主流航空发动机种类

航空发动机的大体分为四类，分别是涡喷、涡扇、涡轴和涡桨。

涡轮喷气发动机，是人类历史上一个最伟大的进步，实现了喷气推进。靠着喷气的反作用，来推动飞机向前快速的飞行。那么涡轮喷气过程当中有个特点就是耗油比较高。后演化出涡扇发动机，利用喷口的余热和余压再冲动低压涡轮，来启动一个风扇，风扇有了外涵道，外涵道的气流是不参与燃烧的，从宏观上来说，它相当于余温、余压的一种利用。从细节来考虑，相当于外涵道的气流不参加燃烧，但同样能产生推力，这样就降低了耗油率。涵道比越大也就越省油，但是外涵道尺寸也越大，飞行阻力也就大了，尤其高速影响突出。

涡轴发动机，它是专门针对的用处，主要是给直升机配的，它于输出轴功，所以叫涡轴发动机。

涡桨发动机，它是驱动螺旋桨的，我们可以把螺旋桨看成一个涵道比无穷大的一个外涵道，所以涡桨发动机它是油耗最低的，最省油的。但也有个问题，它不能超声速飞行。

现在总体来说，还是涡扇发动机最常用，涡扇发动机的涵道比可以调节。像民用的民航发动机或者大型的运输机，为了追求经济性、为了省油，一般都是采用大涵道比的涡扇发动机。像一些战斗机，他为了追求机动性、加速性，为了追求高的推重比，它的涵道比是比较小的。

汇聚机械行业三大难题

机械行业有三难，或者说设计里面最怕的三类问题，一类是把它高速旋转，因为一旋转就有震动问题；另外一类是怕高温，只要是高温，金属在高温状态下就发生蠕变、形变：还有一类怕疲劳，我们知道很多金属在反复的作用下，就会出现疲劳断裂。而航空发动机把机械行业这三难或者是三怕高度的集中在一起。它不但高速旋转，而且还是两根轴的旋转，甚至三个轴，高压转子一般在1万四、五以上转速/分、低压转子也在大几千转，在高速旋转。同时高温也是到了极限，涡轮前的温度达到了1800K，甚至到1900K。这就要高温冷却，才能够稳定的工作。疲劳更是航空发动机经常出现的，也是最容易导致航空发动机组件的损毁。所以说三个难点集中到一起，造成了航空发动机被称为工业界皇冠上的明珠。

航空发动机中气动热力设计

航空发动机难，最难的根子还是在设计。气动设计是基础，同时也是它的目标。要设计航空发动机，主要追求它的气动热力的循环效率，要追求高的推重比，这些都属于气动热力的范畴。同时我们知道材料界的人士，为了航空发动机的涡轮前温度的提高做出了巨大的贡献，比如像单晶材料的出现，比如像高温合金的出现，还有一些热障涂层的出现。对气动热力设计人员来说，也对温度的提高做出了巨大贡献。这个就是冷却，改变它的冷却结构设计，把叶片做成空的，甚至现在还有双层壁。不但是空的，里面还有各种绕流柱。把冷气从里面通进去以后，再从叶片的表面通过气膜孔渗出来，在叶片的表面形成一种冷气。这种冷气把叶片很好的包裹起来，就像消防人员穿上了消防服一样。那么在冷气的包裹下，叶片才能够承受更高温的温度。对小发动机来说，叶片更小，难度更大，那么小的一叶片不可能承受非常复杂的冷却结构设计。那么在这种相对简单的冷却结构设计里面，只能通过气膜孔的排列方式、气膜孔的出流方向等等这些细节，来提高涡轮前承受的温度。

使用中的检查更为重要

综上所述：如此复杂集机械行业大成的航空发动机、在这三怕的状态中使用中，一定给维护检查，机务工程师带来了挑战工作，尤其核心机的孔探检查显得极为重要。要发动机孔探检测做到“三原则:定位、定量、定性”显然是不容易的，对人员素质有极高的要求，同时对孔探设备要求也越来越高，孔探设备清晰度，具备精密测量、高可靠性、易操作性（包括编写报告、上传）、智能、售后服务保障等都提出了很高的要求。随着国内航空发动机的大量使用，牵扯到保密协议问题，可能使用国内孔探设备也是势在必行。因为近年来国内孔探设备技术进步很快，形成了具有我们的特色和实用优点。技术指标高，售后有最好的保障。