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我国混合陶瓷轴承研发成功 可提高50%转速

2019-02-04 04:26:43   来源:科技生活在线   评论:0   [收藏]   [评论]
导读:小编按:轴承中的陶瓷球具有无油自润滑属性,摩擦系数很小,可达到很高的转速,是一般金属轴承转速1.5倍以上,能够满足发动机加大推力和提高燃烧效率的需求。

  航空轴承是航空发动机的核心部件之一,具有高温、高速、载荷大、受力复杂、工作环境苛刻等特点。从理论上说,目前提高航空发动机推力和燃油效率的最直接方法依然是提高涡轮进口温度和转子转速,而提高转速对航空轴承的极限转速性能、耐温能力、润滑性能和承载能力均提出了更加严峻的要求。我国的轴承工业虽经过多年快速发展,目前已成为轴承产量和销售金额位居世界第3的轴承大国,但是关键技术领域还有待加强,特别是航空轴承技术与世界轴承强国相比差距比较明显,不能满足我国航空装备型号迅猛发展和性能大幅提升的要求。据公开资料披露,国外先进航空轴承产品的寿命一般为计算寿命的8倍以上(最高可达30倍以上),可靠性为98%以上,而我国航空轴承的寿命一般为计算寿命的3至5倍,可靠性为96%左右。

  例如我国涡轮发动机主轴轴承寿命一般为500至1500小时左右,最大耐温高度不超过200℃,传动装置断油应急干运转能力不超过半个小时,而西方发达国家可做到轴承寿命达到3000至6000小时,耐温值为350℃,干运转能力超过1个半小时,并且实际性能比上述指标还要好。正是由于我国高端轴承技术不足,致使国内航空轴承、高铁轴承、机器人轴承等高端轴承领域基本上都是以进口轴承为主,在这些关键领域急需提高。因此在国家863计划、973计划、国家科技攻关计划、国家自然科学基金等项目的联合支持下,我国哈尔滨工业大学、哈尔滨轴承制造有限公司共同开展了Si3N4氮化硅陶瓷混合轴承的研究及产业化应用工作。

  混合陶瓷轴承由内外圈轴承钢+氮化硅陶瓷球+不锈钢保持器等组合而成,它综合了金属和陶瓷两者性能的优点。据公开资料介绍,在要求高性能的轴承应用领域,氮化硅陶瓷球被认为具有最佳的机械物理综合性能。在高温环境下轴承钢球很容易丧失其硬度和强度,而氮化硅陶瓷球在400℃时可完全保持其原有硬度,只在达到800℃时,其硬度和强度才开始大幅下降。并且即使发生轴承失效,那么也是以类似于轴承钢球失效的方式即局部剥落方式发生的,而其它类型的陶瓷材料则以灾难性的碎裂方式损坏,这种情况在航空轴承领域是绝对不允许的。并且轴承中的陶瓷球具有无油自润滑属性,摩擦系数很小,可达到很高的转速,是一般金属轴承转速1.5倍以上,能够满足发动机加大推力和提高燃烧效率的需求。

  由于陶瓷球可以做到即使润滑油脂干掉,轴承还是可以正常运行,这样就避免了普通金属轴承中因为油脂干掉导致的轴承过早损坏现象,极其适合航空发动机运行时的极端情况。据公开资料披露,推测混合陶瓷轴承或已经在我国新型涡扇15航空发动机及传动领域得到了初步应用。为了提高我海军舰艇的远程有效打击能力,某潜射/舰射反舰导弹提出了增加射程和速度的设计要求,其弹用涡轮机转子必须达到120000转/分钟以上的额定转速。在开展项目试验初期,在采用某国产金属航空轴承进行发动机运行试验时,当试验转速达到40000转/分钟后,轴承很快发热并引起周围冒出烟雾。继续运转数分钟后,轴承发出强烈噪声,随后抱轴停止,严重影响了导弹研制进度,不得不通过特殊渠道采购国外高速航空轴承来满足导弹涡轮发动机转子需求。

  在后期改用哈工大研制的混合陶瓷轴承后,轴承一次性通过5小时连续运行寿命考核,在试验过程中,轴承除了有轻微烟雾产生外,均无异常情况。试验后轴承旋转灵活,无异常。随着我国直升机发动机传动技术的不断发展,陶瓷滚动体轴承以其优异的性能逐渐被应用于传动系统高速输入端、离合器、尾传动轴和尾减速器桨距操纵杆以及行星轮系等部位,其中主减速器干运转时间由原来的半个小时提升到一个小时,满足了装机使用要求。随着中航工业完成对哈尔滨轴承制造有限公司的收购,并大举投资高性能航空轴承产业,预计在不久的将来,我国自行研制的混合陶瓷轴承将正式承担国家航空航天领域和高端装备对高性能轴承的配套要求,成为继瑞典、德国、日本、美国等少数几家知名轴承公司之后,第五个可以大批量生产航空航天用陶瓷轴承的国家。(新浪军事 作者署名:未来巡航者)
 

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  号称世界第一台:俄罗斯新构型全铝航空发动机完成热试车

  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。

  国防科工局局长许达哲近日表示,要结合“国防科技工业2025”和国防科技工业军民融合“十三五”规划的编制,推动我国装备升级。在“中国制造2025”战略的推动下,各行业都在积极承接并制定本行业规划。此次国防科工局表态,首次确认了军工领域正在编制“国防科技工业2025”

  航空发动机共有3种类型

  活塞式航空发动机

  是早期在飞机或直升机上应用的航空发动机,用于带动螺旋桨或旋翼。大型活塞式航空发动机的功率可达2500千瓦。后来为功率大、高速性能好的燃气涡轮发动机所取代。但小功率的活塞式航空发动机仍广泛地用于轻型飞机、直升机及超轻型飞机。

  燃气涡轮发动机

  这种发动机应用最广。包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机,都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。涡轮螺旋桨发动机主要用于时速小于800千米的飞机;涡轮轴发动机主要用作直升机的动力;涡轮风扇发动机主要用于速度更高的飞机;涡轮喷气发动机主要用于超音速飞机。

  冲压发动机

  其特点是无压气机和燃气涡轮,进入燃烧室的空气利用高速飞行时的冲压作用增压。它构造简单、推力大,特别适用于高速高空飞行。由于不能自行起动和低速下性能欠佳,限制了应用范围,仅用在导弹和空中发射的靶弹上。

  其他

  上述发动机均由大气中吸取空气作为燃料燃烧的氧化剂,故又称吸空气发动机。其他还有火箭发动机、脉冲发动机和航空电动机。火箭发动机的推进剂(氧化剂和燃烧剂)全部由自身携带,燃料消耗太大,不适于长时间工作,一般作为运载火箭的发动机,在飞机上仅用于短时间加速(如起动加速器)。脉冲发动机主要用于低速靶机和航空模型飞机。由太阳电池驱动的航空电动机仅用于轻型飞机,尚处在试验阶段。

  日前,俄罗斯新西伯利亚国立技术大学公开了其研发的号称世界第一台全铝结构的航空活塞发动机,在新西伯利亚Mochishche机场成功完成热试车测试的信息。根据新西伯利亚国立技术大学开发人员的说法,新航空活塞发动机完全由铝制成,与传统钢制零件的航发相比,可以将发动机的整体重量减少30-40%;全铝发动机的功率达到400马力(约294千瓦,相比同类钢制发动机增加约40马力),其燃料为AI-95号汽油。

  全铝发动机实验原型机是专门为雅克-52教练机准备的,全铝发动机是2018年1月问世并开始进行测试的,其整体重量只有大约44公斤。图为在新西伯利亚Mochishche机场进行热试车的全铝航空活塞发动机

  全铝发动机不是V型气缸布局,而是采用H型模块化动力包,每个动力包的功率为200马力。图为在新西伯利亚Mochishche机场进行热试车的全铝航空活塞发动机

  根据新西伯利亚国立技术大学的设想,新的全铝发动机还将拓展用途,不仅能用在教练机上,还能用在伊尔-103轻型飞机和别-103两栖飞机上。图为在新西伯利亚Mochishche机场进行热试车的全铝航空活塞发动机

  据介绍,新的全铝发动机在铝材表面使用了钢度很强且耐高温的新型复合涂层。在根据长时间工作实验后的结果反馈,全铝发动机经微观测量研究后表明,没有明显的磨损。图为在新西伯利亚Mochishche机场进行热试车的全铝航空活塞发动机

  目前,世界上已有部分汽车发动机在使用新型铝制发动机,既有优点也有缺点。加以改良之后,新型铝制发动机的应用前景将更加广阔。图为银光闪闪的全铝结构航空活塞发动机,新西伯利亚国立技术大学号称它是世界第一台全铝航空发动机。

  虽然说俄罗斯的航空发动机的水平在某些方面上不如美国航空发动机,但是俄罗斯的航空发动机却依然是世界上唯一能够跟美国相竞争的发动机,从这一点上来说俄罗斯的航空发动机就是世界一流的水平。只不过是同为一流的水平,俄罗斯的航空发动机要稍微逊色于美国的航空发动机。(新浪看点)

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