一、輕量化、整體化新型冷卻結構件制造技術

1 整體葉盤制造技術
整體葉盤是新一代航空發動機實現結構創新與技術跨越的關鍵部件，通過將傳統結構的葉片和輪盤設計成整體結構，省去傳統連接方式采用的榫頭、榫槽和鎖緊裝置，結構重量減輕、零件數減少，避免了榫頭的氣流損失，使發動機整體結構大為簡化，推重比和可靠性明顯提高。在第四代戰斗機的動力裝置推重比10 發動機F119 和EJ200上，風扇、壓氣機和渦輪采用整體葉盤結構，使發動機重量減輕20%~30%，效率提高5%~10%，零件數量減少50% 以上。目前，整體葉盤的制造方法主要有：電子束焊接法；擴散連接法；線性摩擦焊接法；五坐標數控銑削加工或電解加工法；鍛接法；熱等靜壓法等。在未來推重比15~20 的高性能發動機上，如歐洲未來推重比15~20 的發動機和美國的IHPTET 計劃中的推重比20的發動機，將采用效果更好的SiC 陶瓷基復合材料或抗氧化的C/C 復合材料制造整體渦輪葉盤。

2 整體葉環（無盤轉子）制造技術
如果將整體葉盤中的輪盤部分去掉，就成為整體葉環，零件的重量將進一步降低。在推重比15~20 高性能發動機上的壓氣機擬采用整體葉環，由于采用密度較小的復合材料制造，葉片減輕，可以直接固定在承力環上，從而取消了輪盤，使結構質量減輕70%。目前正在研制的整體葉環是用連續單根碳化硅長纖維增強的鈦基復合材料制造的。推重比15~20 高性能發動機，如美國XTX16/1A 變循環發動機的核心機第3、4 級壓氣機為整體葉環轉子結構。該整體葉環轉子及其間的隔環采用TiMC 金屬基復合材料制造。英、法、德研制了TiMMC 葉環，用于改進EJ200的3級風扇、高壓壓氣機和渦輪。

3 大小葉片轉子制造技術
大小葉片轉子技術是整體葉盤的特例，即在整體葉盤全弦長葉片通道后部中間增加一組分流小葉片，此分流小葉片具有大大提高軸流壓氣機葉片級增壓比和減少氣流引起的振動等特點，是使軸流壓氣機級增壓比達到3 或3 以上的有發展潛力的技術。

4 發動機機匣制造技術
在新一代航空發動機上有很多機匣，如進氣道機匣、外涵機匣、風扇機匣、壓氣機機匣、燃燒室機匣、渦輪機匣等，由于各機匣在發動機上的部位不同，其工作溫度差別很大，各機匣的選材也不同，分別為樹脂基復合材料、鐵合金、高溫合金。

樹脂基復合材料已廣泛用于高性能發動機的低溫部件，如F119 發動機的進氣道機匣、外涵道筒體、中介機匣。至今成功應用的樹脂基復合材料有PMR-15（熱固性聚酰亞胺）及其發展型、Avimid（熱固性聚酰亞胺）AFR700 等，最高耐熱溫度為290℃ ~371℃，2020 年前的目標是研制出在425℃溫度下仍具有熱穩定性的新型樹脂基復合材料。樹脂基復合材料構件的制造技術是集自動鋪帶技術（ATL）、自動纖維鋪放技術（AFP）、激光定位、自動剪裁技術、模壓成形、樹脂傳遞模塑成形（RTM）、樹脂膜浸漬成形（RFI）、熱壓罐固化成形等技術于一體的綜合技術。

5 寬弦風扇葉片制造技術
英國羅· 羅公司成功開發出遄達系列的超塑成形- 擴散連接發動機寬弦風扇轉子葉片，引起了國際航空界的高度重視，此類空心葉片的輕質量、高結構效率使航空發動機的綜合性能得到顯著提高。如今，寬弦、無凸臺、空心葉片是高性能發動機風扇和第一級壓氣機葉片的發展方向。推重比10 一級發動機F119，EJ200 均采用了寬弦風扇葉片，GE 公司的GE90，推重比15~20 高性能發動機都采用復合材料風扇葉片。

現在寬弦風扇葉片主要采用超塑成形- 擴散連接（Superplastic Forming/Diffusion Bonding，SPF/DB）技術。與傳統工藝制造的零件相比，SPF/DB 組合工藝技術具有重量輕、成本低、效益高、整體性好、成形質量高等優點。目前國外正在研究的推重比15~20 高性能發動機的金屬基復合材料風扇葉片，是一種空心的、用連續碳化硅纖維增強的鈦基復合材料（TiMMC）制造，采用超塑成形/ 擴散連接工藝制出空心風扇葉片。

6 復合冷卻層板結構制造技術
多孔復合冷卻層板結構是推重比10 以上發動機采用的先進冷卻結構，多用于燃燒室和渦輪葉片，它是一種帶有復雜冷卻回路的多孔層板，用擴散連接方法連接成形的冷卻結構，其關鍵制造技術是計算機輔助設計和繪制復雜冷卻回路，用“照相- 電解法”制成冷卻回路，擴散連接
成多層多孔層板。

由此可知，整體化結構、新型冷卻結構等新技術，使發動機諸多零件減輕了質量、降低了成本、提高了效率，從而保證了發動機高推比、高性能的相關要求。

二、新材料構件制造技術
推重比15~20 一級的航空發動機要求材料具有耐高
溫、高強度、高韌性等特性。高性能發動機已經采用很多
種類的新材料和新材料構件，尤其是金屬基復合材料、陶
瓷基復合材料、碳/ 碳復合材料是當前高溫復合材料領域
開發和應用研究的熱點。與其同時進行的高溫復合材料構
件制造技術正在深入地發展。

1 金屬基復合材料構件制造技術
SiC 長纖維增強Ti 基復合材料（TiMMC）具有比強度高、比剛度高、使用溫度高及疲勞和蠕變性能好的優點。例如德國研制的SCS-6 SiC/IMI834 復合材料的抗拉強度高達2200MPa，剛度達220GPa，而且具有極為優異的熱穩定性，在700℃溫度暴露2000h 后，力學性能不降低。TiMMC 葉環代替壓氣機盤，可使壓氣機的結構質量減輕70%。美國制備的TiMMC 葉環已在P&W 的XTC-65 IHPTET 驗證機上成功地進行了驗證，能夠滿足性能要求。英、法、德也研制了TiMMC 葉環，并成功地進行了臺架試驗。未來發動機的低壓壓氣機葉片和靜子葉片、整體葉環、機匣及渦輪軸將采用金屬基復合材料制造。TiMMC 關鍵制造技術有、纖維涂層法、等離子噴涂法、漿料帶鑄造法、箔- 纖維法。

2 陶瓷基復合材料構件制造技術
推重比15~20 高性能航空發動機的渦輪前溫度將達到2200K 以上，連續纖維增韌陶瓷基復合材料（CMC）耐溫高，密度低，具有類似金屬的斷裂行為，對裂紋不敏感，不發生災難性的損毀，可代替高溫合金作為熱端部件結構材料。CMC 的應用使發動機大幅度減重，節約冷卻氣或無需冷卻，從而確保發動機高推重比的有關性能。美、英、法等發達國家以推重比9~10 發動機（如F119、 EJ200、 F414 等）作為CMC 的驗證平臺，主要驗證的部件有SiC 基CMC 的燃燒室、渦輪外環、火焰穩定器、矢量噴管調節片和密封片，甚至整體燃燒室和整體渦輪等構件。SiC 基CMC 的關鍵制造技術包括纖維預制件的設計和制造、SiC 基體的致密化技術、纖維與基體間界面層和復合材料表面防氧化涂層的設計與制造以及構件的精密加工等。

3 碳/碳復合材料構件制造技術
碳/ 碳復合材料（C/C）的最顯著的優點是耐高溫（1800℃ ~2000℃）和低密度（約1.9g/cm3），可能使發動機大幅度減重。美、法、俄等研制的C/C 復合材料部件有燃燒室噴嘴、加力燃燒室噴管、渦輪和導向葉片、整體渦輪盤、渦輪外環等。美國將整體渦輪盤在1760℃進行了地面超轉試驗。C/C 構件的關鍵制造技術包括碳纖維預制體的設計與制備、C/C 的致密化技術和C/C 防氧化涂層的設計與制造。C/C 致密化方法有化學氣相浸透法（CVI）和液相浸漬法。液相浸漬法包括樹脂浸漬炭化法和瀝青浸漬炭化法，發展的方向是提高致密化速率，降低制造成本。由于航空發動機用C/C 構件要滿足富氧燃氣環境下長壽命工作的要求，所以必須解決C/C 抗氧化的問題。通過設計和制備防氧化涂層是改善C/C 抗氧化性的主要途徑，也是國際研究的熱點，目前尚未取得突破性進展。由上可見，與現行推重比8 的發動機相比，新材料構件不管在結構設計、制造技術方面，還是在整體質量方面，都有較大突破，因此可確保推重比15~20 等高性能的實現。

三、航空發動機制造技術新工藝

1 新型結構件精密制坯技術
目前，先進精密毛坯制造技術正在向近凈成形方向發展。先進的精密制坯技術有定向凝固和單晶精鑄制坯、精密鍛造制坯和快速凝固粉末冶金制坯技術。高性能航空發動機采用了大量的新型結構件，由于制坯技術的進步將導致毛坯件發生重大變化。精鑄件、精鍛件、單晶和定向凝固精鑄件以及快速凝固粉末冶金制坯毛坯將取代傳統的大余量毛坯。傳統意義的鍛件將由77% 降至33%，精鑄件由18% 增至44% 以上，粉末冶金件由3% 增至8%，復合材料構件由4% 增至15%。

2 先進的切削技術
切削加工一直是航空發動機關重件的主要制造手段。隨著航空發動機推重比的不斷提高，特別是質量的不斷減輕，發動機制造將越來越多地依賴于高比強度、低密度、高剛度和耐高溫能力強的鈦合金、高溫合金以及金屬基復合材料等新材料，而這些材料都屬于典型的難加工材料。同時發動機關重件往往型面復雜，對加工精度和表面完整性的要求極，因此在新一代航空發動機的切削加工中迫切需要采用新型刀具材料、刀具結構以及高效的工藝方法，同時這種需求也大大推動了具有高剛度、高精度和大驅動功率的專用機床和通用機床的發展。

數控加工技術在航空發動機的制造中主要用于壓氣機及渦輪機的各類機匣、壓氣機盤及渦輪盤、渦輪軸和壓氣機軸等復雜構件的加工。高端數控裝備及技術作為國家戰略性物資，對提高發動機整體制造水平起著舉足輕重的作用，如美國洛克希德· 馬丁公司在研制JSF 聯合攻擊機時，采用五坐標數控加工方法，將約1.5t 的鐵合金鍛鍛錠數控銑削加工成重約99kg 的大型升力風扇整體葉盤，其切除率超過93%。

高效精密切削、變形補償、自適應加工，以及抗疲勞制造等技術的研究和應用在新一代發動機的加工中需求迫切；同時，加工過程的知識積累對于提高加工效率、加工質量和加工的自動化水平非常重要，應圍繞發動機關重件和典型材料的高效數控加工建立相應的切削數據庫。

磨削在先進的切削技術研究中占有重要地位。在磨削加工技術的研究中，為了獲得高加工效率，世界發達國家開始嘗試高速、強力磨削技術，如利用強力磨削可一次磨出渦輪葉片的榫頭齒形。目前，磨削技術的發展趨勢是：發展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削機理并開發其新的磨削加工技術，研制高精度、高剛性的自動化磨床。

3 特種加工技術
以高能束流加工為代表的特種加工技術在難切削材料加工，復雜構件的型腔、型面、型孔、微小孔、細微槽及縫的加工中具有顯著優勢，解決了常規加工很難解決的問題。特種加工技術主要包括：激光加工、電子束加工、離子束加工、等離子加工、電火花加工、電解加工、超聲波加工、磨料流加工、高壓水射流切割等。通過電磁場、溫度場、化學場和力場（包括空間微重力場）等外加因素的綜合應用以及激光、等離子束、微波等多種能量形式的結合，開辟材料加工成形技術創新的廣闊途徑。

4 特種焊接技術
先進焊接連接技術作為確保航空發動機結構完整性不可缺少的手段，其研究、開發與應用直接關系到新一代航空發動機的質量、壽命和可靠性。特種焊接技術由于具有可明顯減輕結構重量、降低制造成本、提高結構性能等特點，滿足航空發動機輕質化、長壽命、低成本、高可靠
性制造的要求，已成為航空發動機制造中的一項重要技術。

特種焊接技術主要包括：鎢極惰性氣體保護弧焊（GTAW）、活性焊劑焊接技術、自蔓延高溫合成焊接法、等離子弧焊（PAW）、電子束焊（EBW）、激光焊（LBW）、真空釬焊（VB）、擴散焊（DB）、摩擦焊等。近年來，新型纖焊和擴散焊、摩擦焊和高能束流焊接等先進焊接技術在航空發動機制造中的發展和應用越來越廣泛。在歐美已相繼用摩擦焊取代電子束焊用于發動機的粉末冶金等溫鍛造盤- 盤及盤- 軸一體化焊接。摩擦焊接技術在發動機轉子鼓筒、整體葉盤的焊接中得到和應用，并逐漸發展成為航空發動機制造中的一項關鍵技術。

5 熱障涂層技術
先進的高推重比發動機結構中將大量采用以熱障涂層技術為代表的先進熱障涂層技術。涂層技術在航空發動機關鍵零部件的耐磨、高溫防護、隔熱、封嚴以及鈦合金零件的防微動磨損、阻燃等方面起了顯著的作用，應用越來越廣泛。先進的涂層方法主要包括：真空等離子噴涂、層流等離子噴涂、超音速火焰噴涂、電子束物理氣相沉積、化學氣相沉積、真空離子濺射涂層（MAП 爐）等。熱端部件采用熱障涂層以提高結構強度，其中有陶瓷涂層和多層隔熱層。陶瓷熱障涂層需先在零件表面噴涂MCrALY底層以提高結合強度。多層復合隔熱涂層是在基體金屬
表面釬焊一層柔性金屬纖維結構（材料為HFe22.5Cr5.5SiO0.1C），可減少冷卻氣流80%。渦輪工作葉片和導向器的隔熱涂層采用低壓等離子噴涂涂敷，也可以采用電子束物理氣相沉積（EB-PVD）涂敷。發動機冷端部件均采用封嚴涂層、耐磨和防腐蝕涂層。

6 快速原型/零件制造技術
快速原型（Rapid Prototyping，RP）制造技術出現于20 世紀90 年代中期，這種基于“離散- 堆積”原理和增材制造的方法，能夠實現高性能復雜結構金屬零件的無模具、快速、近凈成形，具有高度柔性的制造思想已經被企業界廣泛接受，其應用已從最初的設計原型和測試原型制
造向最終產品制造的方向發展。

快速原型/ 零件制造技術為航空發動機復雜零件的設計實現實體化提供快速方便的手段，可實現精鑄復雜模具的制造，現在發展到直接快速成形零件，是一種很有發展前景的工藝方法。主要方法有：分層實體制造（LOM）、選擇性激光燒結（SLS）、熔化沉積制造（FDM）、三維立
體印刷（SLA）和三維焊接法等。

快速原型制造技術一經出現，就成為先進制造技術和激光加工領域研究的熱點，美國軍方對這項技術的發展給予了相當的關注和支持，在其直接支持下，美國率先將這一先進技術實用化，目前，F-22 和F/A-18E/F 上的幾個關鍵零件已經采用了TC4 鈦合金激光快速成形件。該技術能顯著提高疲勞性能，降低成本40%，加工周期僅為傳統工藝的1/5。

7 浮壁式火焰筒制造技術
推重比10 一級發動機渦輪前溫度達到1500℃ ~1700℃。艾利遜公司研究了用Lamilloy 多孔層板加柔性金屬/ 陶瓷制造的浮壁式火焰筒結構。普惠公司研究了用玻璃陶瓷基復合材料制造浮壁式火焰筒結構。F119采用的浮壁式火焰筒結構是用多環段連接而成。環段背向火焰一面對流散熱的凸環，并有縫隙形成冷卻隔熱氣膜，隔熱環是由浮動片組成，并用螺栓連接在外環段上。浮動片用精密鑄造而成，而冷卻隔熱環局部噴涂熱障涂層，以降低部件表面溫度。

四、航空發動機零部件的無損檢測技術

無損檢測技術能為發動機產品提供內部質量信息，既可作為產品評價的依據，也為工藝分析提供參考信息，是確保發動機結構高可靠性的重要手段。對于航空發動機而言，在服役過程中難免會出現一些疲勞裂紋、損傷以及惡劣工作環境下組織狀態變化等問題，及時檢測到這些問題對于減少事故、提高零部件的使用壽命有重大意義。常用的檢測技術有超聲檢測、渦流檢測、工業CT無損檢測等。無損檢驗技術發展的總趨勢仍是速度快，自動化程度高，分辨率高，易于解讀，可靠性高，以及成本低。例如，在傳統的超聲、電磁及聲學檢驗中，廣泛引入移動式自動掃描，綜合應用了多種技術，出現了自動掃描的超聲、電磁、傳感器系統，聲學- 激光自動掃描系統。

五、面向零件制造過程的專業化成套制造技術

作為單項數字化制造技術的集成，將信息技術與制造技術相結合而形成的數字化生產線技術的應用成為航空發動機行業提高生產質量和柔性的關鍵技術。GE、羅· 羅和普惠等主要航空發動機生產廠商應用數字化技術，建成了一系列航空發動機典型零件自動化生產線，取得了良好的
效果。

（1）壓氣機葉片精密鍛造生產線
目前航空發動機有33% 的工作量來自于葉片的制造，葉片精鍛生產線是解決葉片制造瓶頸的有效方法之一。生產線由葉片制坯、葉片精鍛成形、葉片型面化銑、葉片熱處理、葉片檢測５條子生產線組成，適合于高溫合金、鈦合金、鋁合金和不銹鋼等材料精鍛葉片的批量生產。

（2）渦輪葉片精密鑄造生產線
渦輪葉片制造質量對航空發動機的性能有很大影響。由于其結構復雜、制造技術含量高，其精鑄質量和尺寸精度與葉片研制過程中的設計、制造、冶金、化學、制模、爐工等人員密切相關。國外航空發動機制造公司花費大量資金建立了發動機渦輪葉片精鑄生產線。

（3）壓氣機轉子葉片電化學自動化加工生產線
該生產線集拉削加工技術、高精度測量技術、電化學技術、電火花加工技術、機器人技術以及無損檢測技術等眾多技術于一體，其關鍵技術為360°電化學加工技術。首先采用組合的垂直拉床將預切長度的棒材拉削加工出葉片的榫齒，然后利用根部來定位，從葉盆和葉背兩面進行電化學加工，一次完成葉身型面加工。

六、以信息化技術為紐帶，建立數字化工廠

信息化是振興及提升航空發動機制造業的必要途徑，必須將專業的制造技術與信息技術、管理技術相融合，運用先進的信息技術和現代管理思想，實現航空發動機設計、試驗、制造、檢測、管理、使用和維護等全過程的自動化、網絡化和智能化。在國外，航空發動機研制已利用信息化技術從傳統的大批量制造模式轉向現代先進精益制造模式。例如，GE 公司發動機部GEAE 在1998 年制訂實施了航空發動機異地協同設計和制造的增量式發展規劃，取得了顯著的效益。羅· 羅公司建立了發動機典型零件的自動化生產線和協同的計算機工作環境，實施了并行工程，從整體上增強航空發動機的研制能力。普惠公司采用集成產品開發團隊的形式來管理發動機全生命周期內的計劃、流程、技術、信息等經濟技術活動，建立先進的數字化工廠。

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