中國航發(fā)關(guān)鍵技術(shù)獲重大突破 不拆開發(fā)動(dòng)機(jī)就能檢測(cè)

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下， 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部葉片高速旋轉(zhuǎn)， 高溫氣體高速流動(dòng)、氣體壓力也急劇增加。在這樣惡劣的環(huán)境中， 實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)，一直以來是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域的世界性難題。例如：在第三代大推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)定型投產(chǎn)后，曾多次發(fā)生不明原因的重大故障，由于沒有先進(jìn)的內(nèi)部無損檢測(cè)系統(tǒng)，不得不依靠工人師傅將全部發(fā)動(dòng)機(jī)部件進(jìn)行手工拆解，用儀器檢測(cè)排除懷疑故障后再人工組裝起來重新試車。

根據(jù)公開報(bào)道，曾多次榮獲國家榮譽(yù)稱號(hào)，對(duì)本單位發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)組裝了如指掌的國家一級(jí)高級(jí)技師（比科學(xué)家還稀少）工人團(tuán)隊(duì)，22天時(shí)間“連軸轉(zhuǎn)”，也只才拆了9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。

即使這樣，有時(shí)也很難發(fā)現(xiàn)那些只有在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)才會(huì)出現(xiàn)的問題。如果在戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境或國際局勢(shì)高度緊張的情況下發(fā)生上述情況，后果將不堪設(shè)想。傳統(tǒng)測(cè)試方法由于無法實(shí)現(xiàn)直接發(fā)現(xiàn)故障原因， 而且測(cè)量的準(zhǔn)確性也得不到保證，因此實(shí)現(xiàn)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非接觸式、高精度測(cè)量， 提高國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平， 是我國航空工業(yè)的迫切需要，也是航空工業(yè)許多專家和有識(shí)之士數(shù)十年的愿望。

X射線成像、CT成像在人體檢查及疾病診斷中的重要作用和地位早已經(jīng)為人們所熟知，同樣，高能X射線測(cè)試系統(tǒng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)和故障診斷方面也是行之有效的方法和手段。與人體X成像不同的是，航空發(fā)動(dòng)機(jī)X射線數(shù)字成像系統(tǒng)由于要透過數(shù)厘米厚的金屬或非金屬進(jìn)行內(nèi)部實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像，因此輻射能量可達(dá)人體X成像的100多倍，因此被稱為高能X射線測(cè)試系統(tǒng)。

采用高能X射線測(cè)試系統(tǒng)能很方便地觀察和測(cè)量航空發(fā)動(dòng)機(jī)任意部位、任何運(yùn)行狀態(tài)下的內(nèi)部工件的微變情況，甚至可測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的高速顫振情況，為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)試和改進(jìn)提供重要數(shù)據(jù)。同時(shí)也可進(jìn)行極高精度的靜態(tài)成像，及早發(fā)現(xiàn)由機(jī)械力和熱應(yīng)力引起的零部件變形、松動(dòng)及葉片裂紋等可能引起嚴(yán)重后果的事故隱患。高能X射線測(cè)試系統(tǒng)也可間接大幅提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和性能。

例如該獎(jiǎng)項(xiàng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)靜子間隙變化就是一例。對(duì)葉尖間隙進(jìn)行有效的控制，可以顯著的降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和排氣溫度，葉尖間隙每增加葉片長(zhǎng)度的1%，發(fā)動(dòng)機(jī)效率約降低1.5%，耗油率約增加3%，發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命費(fèi)用增加2%。假設(shè)某第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)不修改任何設(shè)計(jì)，僅僅把發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)靜子間隙減小2%，發(fā)動(dòng)機(jī)推力就可能增加400-500公斤，排氣溫度降低40-50℃，大幅提升戰(zhàn)斗機(jī)性能，延長(zhǎng)超音速巡航時(shí)間。

假設(shè)大推力高涵道比運(yùn)輸機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)靜子間隙減小2%，該發(fā)動(dòng)機(jī)油耗就會(huì)減少4至6%，飛行航程將會(huì)更遠(yuǎn)。但葉尖間隙設(shè)計(jì)過小，將增加葉片與機(jī)匣碰撞摩擦的概率，導(dǎo)致零部件損壞，影響發(fā)動(dòng)機(jī)安全性和使用壽命。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生高溫、高壓、形變等問題，傳統(tǒng)的各種測(cè)量方法均受到一定的局限。所以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙尺寸的測(cè)量一直是困擾我國發(fā)動(dòng)機(jī)研究人員的一項(xiàng)重要的技術(shù)難題。采用高能X射線輻射成像方法進(jìn)行轉(zhuǎn)子葉尖間隙的檢測(cè)，具有非接觸和檢測(cè)圖像直觀的優(yōu)點(diǎn)，使我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)技術(shù)獲得質(zhì)的飛躍。

英國著名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制廠商勞斯萊斯(Rolls-Royce)公司最早將高能X射線用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，該公司公司在80年代就研制出高能X射線實(shí)時(shí)顯示與處理系統(tǒng)。勞斯萊斯公司已在其研制的數(shù)十種機(jī)型，數(shù)百臺(tái)各種發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)上使用了高能X射線測(cè)試系統(tǒng)，大幅加快了研制進(jìn)度，取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

美國通用電氣公司公司、法國斯奈克瑪公司經(jīng)過技術(shù)交流，也通過引進(jìn)或獨(dú)自研制把高能X射線測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用在自己的新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中。現(xiàn)在西方主要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司的高能X射線測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)備已很完備，其試驗(yàn)技術(shù)也已相當(dāng)成熟。

美國最近已經(jīng)把該系統(tǒng)用于觀察超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部油氣混合燃燒時(shí)的動(dòng)態(tài)圖像，來了解燃燒室內(nèi)部的基本流體特性和燃燒化學(xué)等關(guān)鍵知識(shí)，幫助該國在高超聲速科研體系趕上中俄兩國。有關(guān)資料稱，俄羅斯在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中尚未使用高能X射線測(cè)試系統(tǒng)來進(jìn)行研究。

我國的有關(guān)科研機(jī)構(gòu)研制的高能射線數(shù)字成像系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了一系列發(fā)動(dòng)機(jī)成像檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。從發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)圖像中，科研人員可以清晰辨識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的變化情況。并且圖像經(jīng)過處理后， 可以得到某些急需的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工作狀態(tài)下發(fā)生變化的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為我國新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)提供了重要參考和依據(jù)。

來源：未來巡航者