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航空發動機的軸承有多恐怖?一分鐘18000轉,壽命過5萬小時


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2024年8月11日 -
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作者:新鮮旅行事呀

科學技術就是第一生產力只有科技能夠興國強國,雖然說我國在各項科技領域入局較晚,但憑借我國科研學者的不懈努力一直在眾多領域對那些西方歐美國家實現彎道超車。

例如在航空航天領域,從上世紀開始,我們國家就一直專注於航空航天領域的技術研發。

近幾年,相關產業持續突破,到了現在我國在此領域的成果已經不再遜於那些西方資本主義國家了。

如今我們國家自主研發的航空發動機軸承再次實現了突破。

新的航空發動機軸承不僅能效驚人,而且使用壽命還得到了大幅度的延長,那麼這種新軸承究竟有多麼恐怖呢?

amocity
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中國航空發動機的軸承有多恐怖?

眾所周知,航空航天設備想要飛上天空保持行駛,那麼就必須要有極大的動能來源,而一切能源的供給全部依賴於航空航天設備的發動機。依照現有的工業技術來看,航空發動機主要分為渦噴,渦槳,渦扇以及渦輪等種類,由增壓壓氣機和高壓壓氣機來輸出主要動力。

但在所有的航空發動機當中,軸承是一個必不可少的核心。

航空發動機的主軸承需要有極高的可靠性,因為軸承一旦失效,那麼就可能產生災難性的後果,航空發動機將無法保持正常的運作,航空設備也會因此而失去動力,從空中墜落。

這也就意味著航空發動機軸承直接可以決定一款發動機的安全性能,而這就需要航空發動機軸承有著極強的能效以及較長的使用壽命。

本身在這一領域我國入局較晚,相對的產業基礎薄弱,技術匱乏,以往的相關產品和技術都需要依賴進口。

對於我們國家來說,這樣的狀況非常的窘迫,如果那些西方發達國家可以縮減技術和商品的出口渠道或者提升相關的價格,那麼肯定會給我國道進口貿易帶來極大的壓力。

更何況航空航天科技不僅能夠讓我們實現對未知宇宙的探索,還是保證國防力量的基本。

如果在這一領域被其他國家卡脖子肯定就會威脅到國防安全問題。為此我國投入大量的人力物力以及財力對此領域進行研究,終於在2022年10月24日,北京航空材料研究院所實施的航空發動機關鍵構建抗疲勞壽命試驗實現突破。

此次試驗主要是針對航空發動機的軸承所進行的疲勞性試驗,而在試驗之下我國自主研發的航空發動機軸承已經實現了更強的指標,這標志著我國高端裝備制造技術進入了一個新的階段。

那麼我們國家所生產出來的航空發動機軸承究竟有多麼的強大呢?

按照目前的數據來看我國自主研發的航空發動機軸承一分鐘可以轉一萬八千轉,這樣恐怖的速度幾乎是聞所未聞的,即便是那些西方歐美國家現在的產品也難以與之媲美。

如果將其做一個基本的換算,可以發現這種航空發動機軸承每秒可以轉300轉之多。

軸承的轉速越快,就可以為航空發動機提供更高的動能能效保證航空發動機的高效運轉。

當然除去能效方面十分強勁之外,這種航空發動機軸承的使用壽命還非常的恐怖,經過此次實驗後,發現這種航空發動機軸承能夠持續轉動5萬個小時。

在五萬個小時之內軸承的轉動一直都保持著平衡合理的狀態從未有過失效,如果將這樣的軸承應用在航空發動機之上,那麼就不需要頻繁的去進行更換和保養,也能夠在極大程度上保證航空發動機的安全性,可靠性。

不得不說,我國自主研發的航空發動機軸承確實是能效極其強大,依照目前的相關能效數據和使用壽命來看,我國的軸承甚至已經超越了那些西方歐美國家,那麼我們國家究竟是如何攻克技術難關實現技術突破的呢?

解決材料難題

很多人認為想要讓航空發動機軸承保持較高的轉速以及較長的使用壽命,只需要把專注力放在材料之上,選用那些結構強度更高的材料就可以實現了。

但是這樣的想法明顯太過於單純了,要知道航空發動機軸承的工作環境是極其惡劣的。

航空設備在起落過程當中會經歷巨大的加速度和減速度,而這就導致航空發動機內部會存在極強的高壓和負載,軸承需要在這樣的強度之下保持穩定的工作和持續轉動是非常困難的,除此之外,在飛行過程當中,航空發動機內部還會產生大量的熱量與機械振動。

所以軸承的材料還必須要有耐高溫和耐磨損的特性,想要選取這樣的材料,本身就非常的困難,如果只是普通的傳統鋼鐵,雖然能夠保持其結構強度,但是介於其獨特的化學性質,可能難以保持較強的耐腐蝕性和耐磨損性。

為此我們國家也不得不在材料之上下功夫,開始使用新的陶瓷材料,因為陶瓷材料具有耐磨性和耐腐蝕性,而且其硬度還能夠媲美傳統鋼鐵。

為了使陶瓷材料能夠更好地應用到軸承之上,我們國家還對其材料進行了表面塗層的設計賦予其更強的表面結構以及耐高溫性。

獨特的潤滑技術

航空發動機軸承需要在非常嚴峻的環境之下,工作,使用,壽命自然成為了一個關鍵。

解決了材料問題之後,固然可以在一定程度上克服磨損腐蝕的問題,但卻無法解決疲勞的問題。要知道疲勞的問題一直是機械工程制造的公認難題之一。

無論是任何的材料在循環應力的應變作用之下肯定會產生局部的永久性損傷,而且值得我們注意的是,這些永久性的損傷還是會產生累積的,並且不可逆轉。

這也就意味著如果經歷的循環次數太多,到達了臨界值以後,該材料就會產生裂紋,直至完全發生斷裂。

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但是想要克服疲勞問題,卻並沒有那麼的容易。要知道,在上世紀50年代的時候,美國就已經研究發明了第二代的制造技術。

美國以獨特的“切削加工加疲勞學”的跨學科技術來加強航空發動機軸承構件表面的強度,想要以此來提高航空發動機軸承的壽命。

雖然說這項技術確實讓航空發動機軸承的使用壽命實現了暫時的突破,讓美國與高端制造業方面處於壟斷地位。

但是利用這項技術生產出來的發動機軸承依然還是難以滿足長時間的使用要求,沒有在真正意義上解決所謂的疲勞問題。

然而,美國沒有解決的難題則是在我們國家的努力下則是全部成為了現實。

想要解決疲勞問題和摸索問題的關鍵就是需要對其進行相應的保養與潤滑。

這就不得不提到我們國家的航空發動機軸承潤滑技術。

我們國家對於潤滑系統的設計非常的合理,軸承內部的潤滑系統能夠保持恒定的油壓和油流量,在適當的時候噴射而出,來保證軸承得到充分的潤滑,解決機械性震動下的磨損和摩擦問題。

至於第二個方面就是潤滑油本身了,航空軸承潤滑油的功能性並不是那麼簡單的不僅僅需要起到潤滑的效果還需要具備較好的抗磨性能與覆蓋性。

這樣的潤滑油必須要在軸承的表面形成一層均勻的油膜,方才能夠減少軸承在巨大轉速和負載之下所產生的摩擦。

並且將機械性震動給材料帶來的永久性損傷控制在固定的限度之內。除此以外,這些潤滑油還需要具備一定的過濾和冷卻功能,將軸承表面的雜質去除,同時冷卻軸承

因為在軸承的快速轉動之下,內部所產生的熱量是極為可怕的。

根據相關的研究來看,軸承的工作溫度通常會保持在200℃以上,在高速轉動的模式之下,甚至還能夠上升到300℃,如果潤滑油沒有良好的冷卻和耐高溫特質,那麼如此,可怕的溫度足以將軸承焚燒殆盡,甚至會與空氣摩擦產生瞬間的熱量,引發大爆炸。

為了解決這個問題,我國的科研學者將重心放在了化工領域,一年多年的探索終於讓我國的科研學者研發出了性能相對可靠效果極佳的潤滑油。

將這樣的潤滑油技術應用到航空軸承領域當中,就可以完全解決材料機械性疲勞的問題了。