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航空发动机急需解决哪些材料和技术问题?

2018-09-25 12:23:41
作者:MSE
来源:材料科学与工程

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏,被誉为“工业之花”,它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性,是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。目前,世界上能够独立研制高性能航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国、法国等少数几个国家,技术门槛很高。

    航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏,被誉为“工业之花”,它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性,是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。目前,世界上能够独立研制高性能航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国、法国等少数几个国家,技术门槛很高。


    航空发动机行业具有高技术,高投入、高风险、高壁垒的特性。研发普通单台发动机的投入在10-30亿美元,时间周期10-15年。据相关统计数据,美国通用、美国普惠、法国斯耐克玛及英国的RR这四家航空发动机制造厂商占据全球 84%的市场份额,美国通用公司处于市场绝对老大地位,占有40%市场份额,其次是英国罗·罗公司,占据22%市场份额,法国斯耐克玛公司和美国普惠公司分别以13%和9%的市场份额分列三四位。

 

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    在世界航空发动机市场格局中,虽然中国的飞机发动机制造水平和市场份额均远远落后于欧美发达国家,中国航空工业快速发展,各种先进战斗机不断研制出来,如歼20隐形战斗机成功试飞。但同时必须看到,中国航空发动机制造落后严重制约着各种新战机装备,长期依赖于国外航空发动机对中国的国家战略安全形成巨大的威胁,航空发动机成为中国迫切需要解决的难题之一。


    航空发动机是国之重器,尽快在这一领域实现突破,对于促进国民经济发展和提升国家核心竞争力具有重大意义。航空发动机长期服役在高温、高压、高转速、交变负载等条件下,其关键零部件材料制备与加工制造工艺复杂,发动机服役运行过程中的安全保障也至关重要。但目前我国高温材料、先进制造和故障诊断的基础科学研究不足,严重制约着我国航空发动机的发展。


    为此,基金委近日公布了航空发动机高温材料/先进制造及故障诊断科学基础重大研究计划2018年度项目指南。该重大研究计划面向国家重大战略需求,瞄准航空发动机高温材料、先进制造和故障诊断等研究前沿,通过多学科交叉与深度融合,开展相关基础科学问题研究,提升我国航空发动机高温材料、先进制造和故障诊断基础研究的原始创新能力和国际影响力;通过相对稳定和较高强度的支持,聚集和培养一支具有国际水平的航空发动机相关基础研究队伍。

 

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    核心科学问题

 

    (一)航空发动机高温材料性能优化与长寿命使役稳定性。


    航空发动机高温材料的成分设计与相结构优化、服役条件下组织结构演化与高温性能的关系;制备及服役条件下航空发动机高温材料结构缺陷的产生、跨尺度表征与调控;航空发动机新型高温材料的探索研究。


    (二)航空发动机关键构件制造形性协同控制机理。


    航空发动机关键构件成形机理与精度控制原理;特种/复合能场对航空发动机高温材料的作用机理;航空发动机关键构件表面状态演化及调控机制。


    (三)航空发动机状态信息感知与智能诊断预测原理。


    航空发动机信息感知与监测理论和方法;面向航空发动机故障的人工智能诊断技术与大数据信息融合方法;航空发动机容错控制理论与状态少测点诊断预测方法。


    重点资助研究方向

 

    2018年度,该重大研究计划将以培育项目和重点支持项目的形式予以资助。其中,拟资助培育项目30项,直接费用平均资助强度为65万元/项,资助期限为3年;拟资助重点支持项目6项,直接费用平均资助强度为350万元/项,资助期限为4年。


    (一)培育项目。


    1. 高温材料。


    高温材料的成分设计、组织结构优化与性能的关系;材料在制备和服役条件下结构演化与性能稳定性关系;服役条件下材料性能与结构缺陷的跨尺度表征。


    2. 先进制造。


    制造工艺对构件质量与服役性能的影响规律;特种/复合能场对构件材料作用机理;数据驱动的工艺模型优化与加工过程控制。


    3. 故障诊断。


    复杂表面叶片、高温轮盘等损伤识别方法;高温动态传感、测试、故障隔离与容错控制;健康状态的多源信息融合与智能预测。


    4. 其他与本重大研究计划科学目标密切相关的新概念、新原理和新方法前沿探索研究。


    (二)重点支持项目。


    重点支持围绕航空发动机高温材料成分设计、组织结构调控与表征、长寿命服役稳定性,制造工艺对构件宏微形性的影响、构件表面状态演化及调控,航空发动机故障机理与特征表征之间的本质规律等研究。


    愿我国航空发动机早日获得突破!

 

 

 

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责任编辑:王元

 

 


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标签: 航空发动机, 材料和技术问题

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