Động cơ hàng không là “trái tim” của máy bay. Động cơ của máy bay chở khách dân dụng tập trung vào sự an toàn và tin cậy, trong khi động cơ quân sự cũng theo đuổi lực đẩy lớn hơn trên cơ sở này, cũng như lực đẩy tối đa khi bật chế độ đốt sau. Có thể thấy, người chơi mạnh nhất trong lĩnh vực động cơ hàng không phải là động cơ hàng không quân sự, và động cơ quân sự được coi là đỉnh cao công nghệ của con người. Các quốc gia có khả năng R&D, chế tạo và sản xuất động cơ hàng không vũ trụ nhìn chung không dễ dàng xuất khẩu công nghệ của mình. Họ chỉ xuất khẩu động cơ thành phẩm, thậm chí một số còn phải gửi về nước xuất xứ để bảo trì. Việc chế tạo một động cơ máy bay khó đến mức nào? Khó khăn trong quá trình sản xuất của nó nằm ở cấu trúc phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao, liên quan đến nhiều khía cạnh như lựa chọn vật liệu, thiết kế, sản xuất, hệ thống điều khiển và kiểm tra nghiêm ngặt. Chúng ta hãy cùng nhau nhìn vào nó.
Khó sao chép và tháo rời
Khó khăn trong việc chế tạo động cơ máy bay trước hết thể hiện ở việc khó sao chép và tháo dỡ. Hình dáng của một chiếc ô tô hoặc máy bay có thể được sao chép thông qua việc lập bản đồ ngược. Không cần phải nói, ô tô cũng rất dễ bị sao chép. Ngoài ra còn có các bản sao về hình dáng máy bay, chẳng hạn như máy bay ném bom Tu-160 và B-1B, nhưng việc sao chép động cơ đơn giản là không thể thực hiện được nếu không có sự can thiệp của các bản vẽ. Ví dụ: động cơ dòng CFM-56, loại động cơ phổ biến hiện đang được sử dụng trên máy bay chở khách Boeing 737, đã sản xuất hơn 20,000 chiếc kể từ lần hoạt động đầu tiên vào năm 1974 cho đến ngày nay. Nó được sử dụng trong hầu hết các máy bay chở khách một lối đi, chủ yếu do Boeing và Airbus sản xuất.
hình ảnh
Khi tháo dỡ CFM-56, bạn sẽ thấy các cánh động cơ được bao phủ bởi nhiều lỗ khí nhỏ có kích thước bằng móng tay. Nếu không có bản vẽ định vị thì không thể sao chép được. Một khi các lỗ khí bị đục sai vị trí sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tản nhiệt của các cánh quạt và hiệu suất tổng thể của bản sao sẽ bị giảm. Dựa vào nền tảng kỹ thuật của CFM-56, GE đã phát triển động cơ có thể sử dụng trên nhiều mẫu máy bay khác nhau, cạnh tranh trực tiếp với Pratt & Whitney.
Vật liệu rất khó sản xuất
Động cơ hàng không thực sự rất đơn giản. Lấy động cơ CFM{0}} cổ điển làm ví dụ, bao gồm máy nén áp suất thấp, máy nén áp suất cao chín giai đoạn, tua bin áp suất cao giai đoạn đầu, tua bin áp suất thấp bốn giai đoạn và buồng đốt hình khuyên ở giữa. Tuy nhiên, các cấu trúc này có môi trường nhiệt độ và áp suất làm việc khác nhau, điều đó có nghĩa là vật liệu được sử dụng cũng khác nhau. Lấy cánh tuabin làm ví dụ. Môi trường làm việc có nhiệt độ hàng nghìn độ C, tốc độ hàng chục nghìn vòng/phút và chúng được làm từ hỗn hợp nhiều kim loại với tỷ lệ khác nhau.
hình ảnh
Do các lưỡi dao gần buồng đốt phải chịu nhiệt độ cao hơn và vật liệu được sử dụng để chịu được nhiệt độ cao nên tỷ lệ các nguyên tố kim loại hiếm có sự khác biệt. Nếu sử dụng tất cả các vật liệu chịu nhiệt độ cao giống nhau thì đơn giá sẽ cao và tính kinh tế sẽ kém. Đối với động cơ máy bay chở khách dân dụng được khai thác thương mại thì tốt nhất là loại rẻ tiền và dễ sử dụng.
Tương tự như vậy, ngoài cánh tuabin, vật liệu sử dụng trong từng bộ phận của động cơ cũng khác nhau. Tua bin động cơ CFM-56 được Boeing 737 sử dụng được làm bằng hợp kim nhiệt độ cao và một số bộ phận khác sử dụng vật liệu composite. Hiện nay phổ biến hơn là vật liệu composite gốc nhựa. Bộ thu ống dẫn bên ngoài F-119 của Pratt & Whitney sử dụng vật liệu này, có thể chịu được nhiệt độ 400 độ C và chi phí cũng có thể được kiểm soát.
hình ảnh
Độ chính xác xử lý cao
Nếu bạn có vật liệu và bản vẽ tiên tiến, điều đó không có nghĩa là bạn có thể tạo ra một động cơ máy bay xuất sắc, bởi vì công nghệ xử lý là trở ngại cuối cùng. Quạt của động cơ máy bay CFM-56 có đường kính chỉ 1,55 mét và dài 2,5 mét. Nó phải tạo ra lực đẩy 86 kN trong một không gian nhỏ như vậy. Bạn có thể tưởng tượng công nghệ xử lý phức tạp như thế nào.
Ở góc độ nhỏ, lấy các cánh tuabin đơn tinh thể phổ thông hiện nay làm ví dụ, quá trình đúc chính xác yêu cầu sai số 0,1 mm, để đảm bảo rằng mỗi cánh có thể hoạt động bình thường. Để cùng nhau gia công các vật liệu hợp kim khác nhau, bạn cần nắm vững các kỹ năng gia công và kỹ thuật hàn hợp kim nhiệt độ cao. Đồng thời, rôto và cánh quạt động cơ đang chạy ở tốc độ cao trong quá trình vận hành. Tay nghề kém đồng nghĩa với việc động cơ nhanh hỏng, tuổi thọ ngắn, ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế.
hình ảnh
Yêu cầu cao về công nghệ cũng phát huy được hiệu quả hoạt động của động cơ máy bay. Lấy các lưỡi dao làm ví dụ, GE đã phát triển một lưỡi dao có khớp nối liền mạch. Có một phần mềm được làm bằng vật liệu đặc biệt ở đầu ngoài của cánh động cơ, có thể được sử dụng khi lưỡi dao hoạt động. Kết nối liền mạch với cấu trúc vòng ngoài giúp nâng cao hiệu suất động cơ. Những vật liệu mềm như vậy có yêu cầu rất cao về công nghệ xử lý. Chúng không chỉ phải duy trì sự ổn định mà còn phải tiết kiệm và ít cần bảo trì. Nếu không, đồng thời nâng cao hiệu suất động cơ cũng sẽ làm tăng gánh nặng cho nhân viên mặt đất và hiệu quả kinh tế sẽ không đủ rõ ràng.
Tóm lại, dưới góc độ khảo sát ngược, vật liệu và công nghệ xử lý, động cơ máy bay có thể nói là vương miện của lĩnh vực kỹ thuật công nghiệp và là biểu tượng cho sức mạnh khoa học công nghệ của một quốc gia.
Dựa trên động cơ WS-10 "Taihang", đất nước tôi đã độc lập phát triển động cơ phản lực cánh quạt đẩy cao, tỷ số vòng tránh cao WS-20 cho cả mục đích quân sự và dân sự, được trang bị động cơ Y -20 máy bay vận tải chiến lược. Đất nước chúng tôi cũng đang phát triển động cơ phản lực cánh quạt có tỷ số vòng tua cao Yangtze-1000để lắp đặt trên máy bay dân dụng C-919 và có kế hoạch lắp ráp và sản xuất động cơ LEAP-X "Safran" đẳng cấp thế giới trong nước . Đồng thời, thế hệ tiếp theo của động cơ có tỷ số vòng tránh lớn tiên tiến với lực đẩy từ 200 đến 400 kN cũng đang được phát triển. Các dự án này đều chỉ ra rằng kỷ nguyên "phát nổ" của động cơ có tỷ số vòng tránh lớn của Trung Quốc đang đến.
