論我國重大技術(shù)裝備軸承的自主安全可控（1）——民用航空發(fā)動(dòng)機主軸軸承

我國戰略性新興產(chǎn)業(yè)和制造強國戰略重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域需要大量的高端軸承為重大技術(shù)裝備配套，軸承行業(yè)應著(zhù)力進(jìn)行這些軸承的研發(fā)→工程化→產(chǎn)業(yè)化，“十四五”期間我國重大技術(shù)裝備配套軸承的開(kāi)發(fā)任務(wù)涉及到的具體領(lǐng)域及軸承類(lèi)型見(jiàn)表1。

1 民用航空發(fā)動(dòng)機主軸軸承

1.1 研發(fā)基礎

我國航空配套軸承工業(yè)從20世紀50年代中期開(kāi)始起步，主要面向軍用飛機，大致經(jīng)歷了修理更換，測繪仿制、試制生產(chǎn)、批量(定型)生產(chǎn)、全面發(fā)展、行業(yè)調整、技術(shù)提高等發(fā)展階段。國內航空軸承行業(yè)總體上形成了以“三廠(chǎng)一所一?！睘橹鞲闪α康男袠I(yè)布局。近年來(lái)，又有一些企業(yè)進(jìn)入了航空軸承領(lǐng)域，國內航空軸承行業(yè)已基本具備了產(chǎn)品設計、研制開(kāi)發(fā)、加工制造和試驗各類(lèi)航空配套軸承的能力。近60年來(lái)，我國軸承行業(yè)先后研發(fā)生產(chǎn)了千余種、近一百萬(wàn)套不同型號的航空發(fā)動(dòng)機配套主軸軸承、飛機附件及發(fā)動(dòng)機附件軸承，其他航空配套軸承。我國軸承行業(yè)研發(fā)民用航空發(fā)動(dòng)機主軸軸承已具備了一定的基礎條件。

1.2 技術(shù)指標及典型產(chǎn)品

民用航空發(fā)動(dòng)機的總體結構如圖1所示，其主軸軸承的典型產(chǎn)品及結構如圖2所示，主軸軸承的技術(shù)指標要求為：dn值大于3.0×10⁶ mm·r/min，耐高溫250~300 ℃，壽命15 000 h以上。

1-風(fēng)扇；2-中壓壓氣機；3-高壓壓氣機；4-高壓渦輪；5-中壓渦輪；6-低壓渦輪；7,12-低壓軸承；8,11-中壓軸承；9,10一高壓軸承。

圖1 發(fā)動(dòng)機主軸軸承總體結構示意圖

Fig.1 General structure diagram of engine spindle bearings

圖2 發(fā)動(dòng)機主軸軸承結構示意圖

Fig.2 Structure diagram of engine spindle bearings

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機主軸軸承是軸承產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，其設計和制造技術(shù)涉及到軸承科技金字塔頂端的諸多硬科技，甚至黑科技，本文僅列出以下幾項:

1)進(jìn)行包括熱分析、動(dòng)態(tài)特性分析及熱彈流分析的軸承動(dòng)力學(xué)分析并以此為基礎進(jìn)行仿真設計；

2)進(jìn)行包括疲勞壽命、磨損壽命、精度壽命、振動(dòng)壽命、摩擦壽命的軸承綜合壽命研究；

3)對造成軸承早期失效的潛在失效因素和失效模式進(jìn)行研究，采取對策，預防早期失效；

4)開(kāi)發(fā)應用新一代耐高溫400 ℃以上，接觸應力2400 MPa以上的軸承鋼；

5)推行以改善軸承應力分布，降低最大接觸應力，延緩表面和次表面裂紋源形成和疲勞裂紋擴張為要義的表面完整性制造和抗疲勞制造；

6)進(jìn)行以降低摩擦力矩，提高耐磨性，減輕打滑損傷為目標的單元素或多元素離子注入等表面改性技術(shù)的研發(fā)應用；

7)進(jìn)行小樣本、概率分布未知條件下的靜態(tài)試驗和動(dòng)態(tài)試驗的理論研究及試驗方法、試驗手段的研發(fā)應用；

8)研發(fā)新一代模擬工況的軸承性能、耐久性和壽命試驗裝備及技術(shù)。

1.4 市場(chǎng)預測

我國民用飛機年產(chǎn)量及相應的配套軸承需求量見(jiàn)表2，其中按每架飛機需配套軸承2 000套(發(fā)動(dòng)機軸承900套)計算，每架直升機需配套軼承1 500套計算。

表2 我國民用飛機產(chǎn)量及相應配套軸承需求量

據統計，2017年我國民用客機保有量3250架，全球占比15%，預計2035年升至8684架，全球占比19%。如此大的客機保有量，需要維修的軸承數量也很巨大。

1.5 小結

盡管與國外先進(jìn)水平還有很大差距，我國軍用航空發(fā)動(dòng)機主軸軸承已實(shí)現自主安全可控，而民用航空發(fā)動(dòng)機主軸軸承則全部靠進(jìn)口，實(shí)現自主安全可控任重而道遠。

（參考文獻略）

來(lái)源：《軸承》2022年1期（略有改動(dòng)）

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