液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)成長到了汽車與航空發動機(jī)的“青年(nián)階段”
發布時間：2023-06-15
文章(zhāng)來(lái)源：景志康
液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)成長到了汽車與航空發動機(jī)的“青年(nián)階段”
編者按：汽車發動機(jī)技術(shù)經曆了6大(dà)标志性叠代階段，每一次升級大(dà)概需要10-20年(nián)的時間進入精細高效的裝配方式，航空發動機(jī)幾乎也是通過6次的來(lái)自(zì)于材料及裝配技術(shù)等更新叠代走進現在的“精密化制造”階段。液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)經曆過并正在經曆着裝配技術(shù)的重要進步。液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)系統最爲複雜，除了零件(jiàn)數從(cóng)百到數萬的陡增，提供4-10倍的動力，其穩定運行在極端的溫度、震動和空壓條件(jiàn)下。這也對裝配技術(shù)提出超高要求，最小的間隙和誤差。因此，液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)在一定程度上，是國(guó)家科(kē)技水平和綜合實力的重要代表。
一、基礎信息對比
汽車發動機(jī)、航空發動機(jī)和液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)都(dōu)是内燃機(jī)，但(dàn)是它們的工(gōng)作(zuò)環境、功率和效率要求、燃料類型和設計(jì)結構都(dōu)有很大(dà)不同。
汽車發動機(jī)通常運用于地面車輛(liàng)上，它的主要特點是功率穩定，結構簡單，燃料使用成本低。根據燃料種類可(kě)以分(fēn)爲汽油發動機(jī)和柴油發動機(jī)。根據工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)又可(kě)以分(fēn)爲兩沖程發動機(jī)和四沖程發動機(jī)（四沖程發動機(jī)更爲常見(jiàn)），根據進氣方式可(kě)以分(fēn)爲吸氣式發動機(jī)和渦輪增壓發動機(jī)。
航空發動機(jī)适用于各種飛行器，包括民(mín)用飛機(jī)、空客、直升機(jī)、軍用戰鬥機(jī)、運輸機(jī)等。它的主要特點是功率大(dà)、重量輕、工(gōng)作(zuò)環境苛刻，具有高度的可(kě)靠性和安全性。一般情況下，航空發動機(jī)采用渦輪噴氣式或者渦輪螺旋槳式設計(jì)，以提供足夠的推力、效率和速度。
液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)适用于航天器發射和太空探索等領域。液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)的主要特點是推力大(dà)、速度快(kuài)、可(kě)調節性好，特别是用于太空探索時，可(kě)以提供足夠的推力和速度來(lái)克服地球引力和逃逸速度。液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)采用液态氧化劑和亞燃料推進劑，需要在極端的溫度和壓力下工(gōng)作(zuò)，具有很高的技術(shù)難度。
二、液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)技術(shù)叠代相(xiàng)對較緩，需要大(dà)量數據與技術(shù)驗證
汽車發動機(jī)技術(shù)從(cóng)前期階段的“汽車發動機(jī)的手工(gōng)裝配時期，缺乏标準化的制造工(gōng)藝和标準檢驗方法，生(shēng)産效率低，質量無法保證”，到現在階段的“三維打印技術(shù)和人(rén)工(gōng)智能技術(shù)運用在汽車發動機(jī)領域”，讓其制造過程更加精細化、智能化和高效化，同時通信技術(shù)和物聯網技術(shù)應用也爲汽車生(shēng)産線的實時監控和管理(lǐ)提供了強有力的支持”。共經曆6大(dà)标志性叠代階段，每一次升級大(dà)概需要10-20年(nián)的時間，詳情如(rú)下圖：
航空發動機(jī)的發展節奏與航空發動機(jī)類似，在1940年(nián)代“電動工(gōng)具的使用，讓航空發動機(jī)的裝配效果大(dà)幅提高，同時，第一條複合材料葉片的運用，極大(dà)提升了航空發動機(jī)性能”，這是航空發動機(jī)的第一次裡(lǐ)程碑式的發展。經過近一個世紀的發展，6次裡(lǐ)程碑式的更新叠代終于進入到現在“精密化制造”階段。發展詳情如(rú)下圖：
與汽車和航空相(xiàng)比，液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)的發展進程相(xiàng)對較緩。第一個重要裡(lǐ)程碑是在二戰時期，但(dàn)由于手工(gōng)工(gōng)藝占了巨大(dà)比重，制造和組裝工(gōng)藝簡單，缺乏标準化工(gōng)藝和質量控制手段，這階段的液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)生(shēng)産過程複雜且裝配效率較低。20世紀60年(nián)代阿波羅計(jì)劃的啓動，标志着液體(tǐ)發動機(jī)裝配技術(shù)的重要進步。20世紀90年(nián)代後，随着計(jì)算機(jī)技術(shù)的跨越式進步，3D打印和人(rén)工(gōng)智能都(dōu)在液體(tǐ)火(huǒ)箭發動生(shēng)産制造過程中起到了重要作(zuò)用。發展詳情如(rú)下圖：
三、複雜程度層面，液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)系統最爲複雜，對精度、可(kě)靠性和安全性的要求最高
汽車發動機(jī)通常有數百個零件(jiàn)采用自(zì)動化裝配線完成，包括機(jī)身(shēn)、轉子、汽缸、曲軸、進氣管、排氣管、點火(huǒ)系統、潤滑系統、燃油系統等各個部件(jiàn)的組裝。由于汽車發動機(jī)需要在長時間的運轉過程中保持高效和穩定的狀态，所以具有一定的複雜程度，但(dàn)在維修、更換方面，也可(kě)以采用相(xiàng)對簡單的維修技術(shù)和零部件(jiàn)更換。
航空發動機(jī)需要具有較高的可(kě)靠性、安全性和環境适應性，與汽車發動機(jī)相(xiàng)比它的系統更爲複雜，零件(jiàn)數量更多。由于航空發動機(jī)的系統需要在極高的溫度、壓力和速度條件(jiàn)下運行，需要考慮空氣稀薄、高速運動和動力輸出的平衡性。 包括渦輪機(jī)、離(lí)心壓縮機(jī)、壓縮機(jī)、燃燒室、噴氣推進器、傳感器、控制系統等，需要配合高精度的設計(jì)、制造和保障。其複雜度較高。
液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)的複雜度最高，主要原因在于液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)需要在太空中或者和太空密接的邊緣運行，需要滿足高精度、高可(kě)靠性和安全性的要求。液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)需要把初始能量（化學能）轉變爲經濟的動能，需要大(dà)量的液體(tǐ)燃料和氧化劑，組成一系列的反應系統，完成燃燒反應和産生(shēng)大(dà)量的推力，确保火(huǒ)箭成功起飛。另外，液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)由數萬個零部件(jiàn)組成，需要保證各部分(fēn)之間的精密配合和密封性，并在極端的高溫、低溫、震動、空壓條件(jiàn)下穩定運行。同時還(hái)包括了各種控制系統，例如(rú)方向控制和推進劑流量等等。
四、研制周期方面，液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)更需要長跨度的時間周期，需要多年(nián)科(kē)研攻關
汽車發動機(jī)的研制周期通常較短(duǎn)，一般隻需要幾個月到幾年(nián)不等的時間。這是因爲汽車發動機(jī)的設計(jì)、研發和制造相(xiàng)對比較簡單，并且很多設計(jì)和技術(shù)手段都(dōu)可(kě)以借助虛拟模拟軟件(jiàn)，縮短(duǎn)原型車的研發和試驗時間。
航空發動機(jī)的研制周期相(xiàng)對于液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)來(lái)說(shuō)略微縮短(duǎn)，需要幾年(nián)到幾十年(nián)不等的時間。這是因爲航空發動機(jī)在設計(jì)和制造方面極爲複雜，需要高度精确的模拟和實驗，而且在審批和檢測上也有一系列極其嚴格的标準。
液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)的研制周期較長，一般需要經過多年(nián)的科(kē)研攻關，經過多輪的實驗測試和修改才能夠最終研制成功。因爲液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)在燃燒等方面有着極高的安全性和可(kě)靠性标準，所以需要耗費很多的時間和精力來(lái)進行各種檢測和驗證，從(cóng)而不斷優化和改進燃燒生(shēng)産過程中的各個環節。
五、生(shēng)産模式和制造水平層面，液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)需要更強的科(kē)技水平和制造水平，是國(guó)家綜合實力的重要代表。
汽車發動機(jī)經曆了傳統的“手工(gōng)生(shēng)産模式”、将制造流程分(fēn)爲多個工(gōng)序和站(zhàn)點的“流水線生(shēng)産模式”兩大(dà)階段後，随着制造業智能化的發展，智能制造技術(shù)在汽車發動機(jī)生(shēng)産領域的應用日(rì)趨廣泛，可(kě)以自(zì)動化地完成加工(gōng)、檢測等工(gōng)作(zuò)。現代汽車發動機(jī)的生(shēng)産制造水平已經相(xiàng)當高，特别是在歐美、日(rì)本、韓國(guó)等汽車工(gōng)業發達國(guó)家，技術(shù)和設備的水平一直處于世界領先水平，很好的實現了制造和研發技術(shù)更新換代，使得(de)發動機(jī)的性能和質量有了整體(tǐ)提升，同時還(hái)能達到更高的能源利用率和減少環境污染的舉措。
航空發動機(jī)經曆了曆史悠久但(dàn)生(shēng)産效率低下的傳統手工(gōng)制造模式階段，逐步發展到采用數控加工(gōng)、現代化的生(shēng)産設備和機(jī)器人(rén)技術(shù)來(lái)完成複雜工(gōng)藝加工(gōng)的數字化制造模式階段。現代航空發動機(jī)制造水平高度精密化和自(zì)動化、數字化等特征，并采用了一系列極爲現代的節能減排和環保措施。航空發動機(jī)技術(shù)、品質、生(shēng)産效率、環保性等方面都(dōu)有較高要求，要經過漫長而複雜的生(shēng)産流程，屬于高端制造業。
液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)直接進入智能化制造模式，零部件(jiàn)數量巨大(dà)考驗着各個制造企業所能承受的壓力，尤其是批量化生(shēng)産同型号發動機(jī)時，設計(jì)方面也需要進行“通用化”調整。所以液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)需要精密鑄造技術(shù)和通用的設計(jì)平台進行“保障”，制造過程需要更加嚴謹、精确、标準，要求制造廠(chǎng)家必須擁有完整的設計(jì)研發能力、工(gōng)藝與制造能力，具有較大(dà)的研發投入。在一定程度上，液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)的生(shēng)産制造模式和制造水平是國(guó)家科(kē)技水平和綜合實力的重要代表。
六、裝配技術(shù)層面，由于“工(gōng)作(zuò)環境”的極端性，液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)要求和标準最爲嚴格
汽車發動機(jī)的主要目标是提供足夠的能量從(cóng)而驅動汽車行駛，而且主要組件(jiàn)相(xiàng)對較少，與航空發動機(jī)與液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)的裝配技術(shù)和要求相(xiàng)比較簡單。
航空發動機(jī)需要在極高的精度和質量要求下進行裝配，采用了許多高精度的加工(gōng)和組裝技術(shù)。因此需要更高的技能和經驗，在維修和更換方面也需要采用更加複雜的裝配和維修技術(shù)。
液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)是現代太空探索和軍事(shì)領域中關鍵的動力設備之一，制造過程非常複雜，需要各種高科(kē)技設備和技術(shù)手段的支持，以确保發動機(jī)能夠在極端惡劣的環境中安全可(kě)靠地運行。所以液體(tǐ)火(huǒ)箭發動機(jī)的裝配要求最高，需要使用高精度、高質量的加工(gōng)和組裝技術(shù)，使得(de)各個部件(jiàn)之間具有最小的間隙和誤差，防止發動機(jī)在高速運轉時産生(shēng)異常震動或壓力波導緻故障。所以在維修和更換方面，需要使用非常複雜的裝配和維修技術(shù)，同時也需要采用更加嚴格的安全标準。
作(zuò)者：景志康