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2019-04-29 16:57:39



近日,据国内有关权威媒体报道,近几年来我国航空发动机用高性能轴承在理论、材料、制造、工艺上均取得了重大突破,有些方面甚至已达到国际领先水平。那么这些报道是否属实,为什么我国的高端民用轴承仍然是外国著名品牌的天下呢?本文根据该媒体的相关新闻报道以及国内外的公开资料对我国轴承工业,特别是航空航天发动机高性能轴承技术的最新进展做一客观背景分析。众所周知,军用及民用航空发动机主轴承是航空发动机的核心关重件之一,其性能和使用寿命直接决定着该航空发动机的使用可靠性。但是由于种种历史原因,我国航空轴承技术起步较晚,并且直到上个世纪末也没有把轴承齿轮钢当成重点去研究发展,与世界轴承强国相比差距十分明显。

例如1985年为歼8II战斗机研制的某型涡喷发动机由于主轴承寿命较短,发动机第一次翻修寿命连200小时都不能保证,这还是我国航空轴承科研人员作出了巨大努力的结果。而西方国家当时服役的F15,F16等第三代战斗机用涡扇发动机主轴承寿命已基本实现与发动机同寿,使用寿命可达数千小时。由于当时航空发动机轴承产品国外对我国管制不是特别严格(如瑞典SKF、德国舍弗勒等著名航空轴承生产厂家所在国家均对我国比较友好),其性能的巨大差异造成了国内民用高端航空轴承领域基本以进口轴承为主,但其军用轴承产品仍然对我国实施严格的技术封锁和禁运。

进入21世纪后,我国的综合国力得到了飞速发展,到2018年我国轴承钢产量已达到382万吨,连续8年排名世界第一,例如江阴兴澄特种钢铁有限公司和钢铁研究总院联合研制的超洁净高稳定性轴承钢连续8年位列世界轴承钢产销量第一,其2018年的96.5 万吨轴承钢产量就有63万吨供应给瑞典SKF、德国舍弗勒、日本NSK、NTN 等世界知名轴承企业。但是,我国仍然不是轴承钢生产强国 ,只能算一个轴承钢生产大国。例如目前我国航空发动机主轴承的制造用钢主要选用西方国家第一代航空轴承钢产品:M50钢。而该牌号的钢材美国早在20世纪80年代前就已普遍使用,目前广泛使用的是其重大改进型号:第二代航空轴承钢产品M50NiL。与第一代产品相比,其关键指标耐热温度达350℃,比第一代使用温度提高了200℃。

而M50NiL钢在我国尚处于应用起步阶段,直到2001年,上海宝钢特殊钢厂才在国内批量生产出M50NiL钢棒材,国内有关科研院所才开始进行第二代航空轴承钢产品的应用研究。为了满足推重比15航空发动机及高超音速飞行器航空动力的轴承需求,美国又研制成功出第三代航空轴承钢产品:CSS-42L,其使用温度竟达到了500℃。目前国内还没有与之对应的轴承钢产品公开投入批产的消息,还处于科学研究及小规模中试阶段。M50Ni钢可以是一种性能较为优良的高温高强度航空轴承齿轮钢,在其基础上,通过双真空熔炼、表层硬化、表面完整性制造、表层改性等先进加工技术,美国已实现了航空发动机主轴承寿命达30000小时,满足了推比10一级航空发动机的使用要求。我国目前也把M50Ni钢航空轴承的应用当成重点研发项目来进行。

例如山东华云机电科技有限公司的豪克能加工技术(超声镜面冲击抛光加工技术)就把北京航空材料研究院赵振业院士研制的M50NiL 超高强度轴承齿轮钢寿命大幅提高,据称其制成的航空轴承寿命达到了德国FAG航空轴承的22倍,处于国际领先水平。东北大学材料加工工程专业在读博士王昊杰,带领着创业团队研发出的国内领先的低压真空渗碳热处理新工艺则大幅降低了航空轴承的生产成本,并已得到了中国航发哈尔滨轴承有限公司的认可。这些技术可以说明我国已基本突破了第二代航空轴承产品的应用难关。然而航空轴承的应用必须建立在大规模试验基础上才能保证绝对性能可靠。以德国舍弗勒公司为例,其对M50NiL航空轴承进行的寿命试验,累计时间竟达75万小时以上,形成了大量试验数据积累,该公司才敢最终投入大规模应用。

而据统计在2015年我国各大航空轴承厂与主机厂所的轴承试验时数总计只有约4万小时,国内航空轴承累计试验时数不足30万小时,且用于模拟真实工况的试验器设备还不十分齐全,以致于试验结果与轴承服役性能有时存在较大差异。这也是我国虽然在轴承加工技术不断实现重大突破,但第二代航空轴承产品却一直得不到广泛应用的原因之一。随着“两机”重大专项的实施,我国的航空轴承行业有望搭乘航空发动机事业发展的快车,大幅度提高航空轴承领域相关重大装备的先进性和自主性,保障涡扇15,涡扇19等先进航空发动机重点型号的研制需要,从而实现“装备强军的中国梦”。2018年7月7日,工程院院士刘大响在一次公开讲座中首次表示我国第四代军用小涵道比航空发动机项目进展顺利(歼20配套发动机涡扇15),将在未来3至五年内设计定型,这一切都要归功于我国一系列发动机基础技术的相继突破,发动机技术的高低完全取决于“你最短的那块板子的高度”,正式因为类似于航空轴承钢材料技术的突破,新型发动机才能取得关键突破。(作者署名:小鹰说科技)

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