中国航空发动机的轴承有多恐怖？一分钟18000转，寿命过5万小时！

去年上海航空展，中国航空发动机集团展出的CJ1000A引发轰动，

这是一台完全国产的大飞机发动机， 并且已经准备投入对国产大飞机C919的使用。

这将是中国航空发动机领域的又一个成就！

从无到有，从弱到强。中国人一路走来的艰辛历程中，有一些日子需要我们铭记，因为它们代表了一个国家工业硬实力的发展！

为什么要造自己的发动机？

1954年7月3日，新中国第一架自己制造的飞机“解放号”试飞成功。

这是中国航空事业的一座里程碑，在全国人民齐心协力之下，终于填补了我国航空事业的空白。

2022年，

“昆仑”发动机的成功， 让国产战斗机装上了中国的“心脏”。

而在去年，中国自主研发的国产民用大飞机C919投入使用，又一页航空的伟大历史被我们书写。

从制造到研发，中国人走了将近八十年的时间，但是我们与欧美等强国仍旧还有很大的差距。其中最关键的技术当属是发动机。

我国发动机的研发一直以来都被国外卡脖子。

随着我们科技水平的进步，美国一度下发政令限制我们的航空材料进出口，因为他们也知道发动机是一架飞机最关键的部分，若是我们研发成功了，那他们躺着赚钱的日子也要结束了。

为什么这么说呢？

发动机的重要性体现在多个方面，它与飞机的动力息息相关，直接影响着飞机的速度、承载能力、燃油效率等等。

特别是对于战斗机，可以毫不夸张的说，一架战斗机的性能怎么样，百分之七八十都取决于它的发动机。

飞机的发动机是许多关键技术的集合，比如耐高温、耐磨的材料技术，扇叶共振检测和削弱技术（发动机振动或者外部气流引发的扇叶振动）以及轴承技术等等。

而在世界上，掌握着这些最先进的技术的制造商，基本都属于美国、欧洲 。正是因为他们垄断了这方面的市场，便肆意制定市场规则。

不过现在，我们自己的发动机被不断研制出来，克服了重重的困难，我们也将获得航空发动机这一领域的话语权！

研发难点在哪里？

在发动机的研发过程中，最重中之重的当属于发动机的轴承研发。

轴承磨损、摩擦增大等问题都会导致航空发动机失效，威胁到飞机的安全。

轴承在发动机中的作用是不可忽视的，它既是旋转轴件的承载部件，同时还具有削弱振动、减轻磨损、延长使用寿命等多方面的作用 。

而对于飞机发动机而言，轴承的材料选择、结构设计以及运转速度都是影响其寿命的重要因素，所以轴承技术的攻破是发动机研发的一大难点。

在当前的世界航空机械制造领域，疲劳、磨损、腐蚀 是公认的三道难题，轴承的研发也离不开他们。

其中磨损和腐蚀可以用科学的手段来检测，但是疲劳是至今无法克服的问题。

机械疲劳是什么呢？

我们先举个例子，当我们将一根钢丝不断的折弯后，它就会慢慢的发烫，然后在某一刻时便会突然断裂。这就是疲劳。

这种情况是无法避免的，就像人类无法预知自身的寿命一样，我们也无法预测零件的寿命。我们只能通过反复的测试，确定机械部件的“疲劳”时间，在那之前将部件更换。

为了延长零件“猝死”的时间， 世界上对解决疲劳的问题的研究从未停止。

在1948年到1970年，美国倾力研发的第二代制造技术——“表面完整性”制造技术问世， 这项技术强化了构件的强度，延长其寿命。

“疲劳学+切削加工”两门学科的组合，将工业机械制造在对抗疲劳的问题上从追求精密外形、减少缺陷这方面，推向了改变应力集中敏感方面。

因为解决了传动系统中的关键难题，轴承的寿命从此一举上升至数千小时甚至上万小时， 是世界轴承制造的一次跨越性飞跃。

美国掌握这项技术的5家制造商，也因此开始了长达几十年对高端轴承市场的垄断。

而在那个时期，我国自己制造的航空使用轴承寿命还不到200个小时， 严重影响了国内武器装备和高端机械的发展。

国产发动机到轴承如何？

当然，我们国家对于轴承抗疲劳的技术研究也从未停止，只是受制于国内前期发展的影响，不可否认地我们在这方面的确落后西方一二十年乃至更多。

直到2009年，国家有关部门提出《高强度抗疲劳航构件抗疲劳制造基础研究》项目的正式文件，对航空轴承的疲劳性研究越来越受到重视。

在这个项目中，赵振业院士带领他的团队完成了对于新型轴承齿轮钢M50NiL纯净化研究。

经过原材料提纯、VIM+VAR双真空熔炼、墩拔开坯等技术，成功将M50NiL的纯净度提升到了国际领先的水平。

此外，赵振业院士还设计了一种新型的轴承钢体系，第一次将齿轮轴承钢的强度、韧性、硬度都提高到了超高水平。

（VIM+VAR双真空熔炼：一个关于金属熔炼的技术术语。VIM指的是金属熔炼过程中的真空、氧气、氧化物和金属的缩写，而VAR是指真空热处理（Vacuum Anode Reduction，VAR）

墩拔开坯：墩拔是指将金属材料置于锻压机中进行初加工，开坯是指金属材料的首次定形加工。）

2021年7月28日，采用新型轴承齿轮钢M50NiL制造的主轴承滚珠的寿命达到了百万小时，是国外产品的15倍。

同时用这种新型钢制造的航空轴承在1.6倍载荷谱最高载荷下进行加速试验（一种抗疲劳实验，用来预测构件寿命），其寿命长达3万多小时未失效， 打破了美国同类产品2万小时的神话！

到了2022年10月24日，抗疲劳实验主轴承的寿命已经达到了5万小时还没有失效 ，是我国高端装备制造技术的重大突破。

这无疑是机械工业革命史上的一个新的里程碑，也创造了世界机械制造的一项新的记录！

航空轴承寿命实验的突破，让我国的航空事业更进一步。

其实，了解我国航空动态的朋友们应该也知道，中国的国产航空发动机已经逐渐追上了国际上的领先国家。

上世纪八十年代到九十年代，我们实现发动机的自主设计，彻底摆脱了“苏式”航空发动机的影子。

而近年来，航空发动机更是不断传来好消息。

2022年，我国第一个自己研发制造的涡喷发动机“昆仑”设计定型，进入测试。

2023年CJ1000A大型民航发动机进行机载测试完成，标志着我国首个涡扇发动机落地成功。

同年，适用于宽体客机的大飞机发动机CJ2000A也进入了试验测试阶段，预计将打破国际航空发动机史上的起飞推力记录！

除了大飞机，适用于轻型小飞机的AES100发动机已经在今年一月份圆满完成试验，相信不久后就可以投入使用。

作为最高精尖的行业之一，航空发动机的发展难度是非常巨大的，中国更是从战火中站起来再跑起来，经历的困难不计其数。

我国的发动机事业之所以可以在一些方面这么快向发达国家看齐，甚至赶超他们，离不开我们每一个航空学者们的忠诚敬业，用行动表明着“航空报国”这一宗旨 。

而对于我们普通人来说，一个个振奋人心的好消息令我们自豪的同时，我们也需要给予中国航空更多的耐心。

这项事业并不是可以一蹴而就的，是要几年甚至几十年的沉淀才能得到结果。

落后只是一时的，因为伟大的中国民族从未停止前进！

参考资料：

《首届上海商用航展：三大发动机齐亮相，国产飞机何时装上“中国心”》第一财经2023年11月24日

《填补空白，我国航空发动机取得重要突破！》中国工业报2024年01月31日

《中国突破先进航空发动机涡轮盘关键技术难题》中国航空报2015年3月10日

《院士：中国军用发动机落后先进水平一代甚至更多》科技日报2017年09月29日

我国自主研制航空发动机主轴承新突破！疲劳寿命超5万小时

10月24日，由北京航空材料研究院实施的航空发动机关键构件抗疲劳寿命试验突破5万小时 ，标志着我国高端装备制造技术取得全新突破。

此次进行疲劳试验的关键构件是由我国自主研制的航空发动机主轴承，在试验器上等效加速试验疲劳寿命5万小时未失效，创造了我国新的纪录。

航空发动机主轴承

北京航空材料研究院高级工程师汤春峰：飞机要飞几千小时上万小时，如果轴承出了故障，发动机就不能使用了，它是发动机的中枢。试验模拟了航空发动机的工作状况，到目前为止，已经试验加速等效寿命5万小时还未失效，试验还在进行当中。

据介绍，像飞机、高铁等高端装备在运行服役过程中，其中关键构件会发生疲劳现象，产生裂纹、发生断裂导致产品失效，是世界工程领域的一大难题。

商用航空发动机的主轴承位置

我国科研人员经过技术攻关，自主研发了多项抗疲劳制造关键技术，建立了抗疲劳制造技术体系，解决了关键构件的疲劳失效问题，为我国高端装备全面自主化奠定更加坚实的基础。

北京航空材料研究院研究员中国工程院院士赵振业：我们的抗疲劳制造技术，几乎所有的关键构件都可以做。装备的寿命和可靠性都是拿关键构件来体现的，有了关键构件，就可以做高端装备。所以中国的制造技术整个面上的提升，达到三个极限，极限寿命、极限可靠性、极限减重，也就是说处于国际领先水平。

疲劳、磨损、腐蚀，是世界公认的机械工程制造三大难题。

所谓疲劳，是指材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。通俗讲，好比一根铁丝，经过反复折弯后，就会发烫，直至断裂，这就是疲劳所致。

“疲劳”问题的发展，最早可追溯到1830年，虽历经近两百年的研究探索，时至今日，“疲劳失效”问题仍位居三大难题之首。因为磨损可以通过预警提前预防，腐蚀可以通过修整、防护延长寿命，而疲劳则是在没有任何征兆情况下突然断裂，可谓防不胜防。

“成形”制造技术，是世界第一代工程制造技术，已传承百年，它追求的是“形位精密”，目标是向“近无缺陷”方向发展，但没有解决疲劳问题，导致关键构件存在着寿命短、可靠性差和结构重等突出问题。

美国从1948年至1970年，举全国之力，研究发明了第二代制造技术----“表面完整性”制造技术，这是一门“切削加工+疲劳学”的跨学科技术，通过构件表面强化，改善疲劳强度应力集中敏感，以延长产品寿命。这项技术使得西方在高端制造方面处于垄断地位，但疲劳问题仍没有解决，世界制造至今未升级转型。

关键构件，是高端制造的核心，主要包括传动构件，如齿轮、轴承等；转动构件，如叶片、轮盘等；以及主承力构件起落架、对接螺栓等。长期从事航空材料研究的赵振业院士认为，关键构件是设计、制造和材料三个技术体系的集成，其基本特性是：决定装备主要功能，体现寿命与可靠性，失效酿成灾难性后果，疲劳是主要失效模式。

轴承被称为工业的“关节”。第二次世界大战中，苏、德两军进攻对方，轰炸目标都首选对方轴承厂，可见轴承的重要性。高性能轴承和齿轮是机械系统中的关键构件，在直升机、航空发动机、赛车及其他精密机械领域中广泛应用，其性能成为制约各种机械性能寿命和可靠性的重要因素。

二十世纪六十年代，美国把双真空熔炼技术引入齿轮钢，解决了传动系统的关键难题，他们制造的航空主轴承寿命长达数千小时甚至上万小时。为此，美西方5家公司在长达50多年时间里垄断了全世界高端轴承80%的市场、航空和高铁100%市场。当时，我国高性能齿轮轴承钢技术十分落后，航空主轴承寿命不足200小时，严重制约了航空发动机、直升机等武器装备和高端机械产品的发展。

2009年国家有关部门部署了《高强度抗疲劳航构件抗疲劳制造基础研究》重大项目，要求研究一个验证件，以评价抗疲劳制造理论和方法是否可用。因为航空发动机主轴承是最重要、难度最大的关键构件，赵振业院士团队选择了某个主点主轴承，这样既能完成验证，又能解决难题。

在接下来的13年时间里，赵振业主持新型轴承齿轮钢M50NiL纯净化研究。他通过“提纯原材料、炉外精炼、VIM+VAR双真空熔炼、墩拔开坯”等工艺路线，使M50NiL纯净度超过国际领先水平。他还设计了一种表层硬化型不锈齿轮轴承钢成分体系，首次将齿轮轴承钢提升到超高强度、高韧性和超高硬度水平。

2021年7月28日，采用新型轴承齿轮钢M50NiL的航空主轴承与国际最先进的产品进行抗疲劳试验“同台竞技”，我国主轴承滚珠寿命达到百万小时，高出国外产品15倍；在1.6倍载荷谱最高载荷下加速试验寿命（换算）超过3万小时未失效，打破国际同类产品2万小时未失效的纪录。国家有关部门顺利验收通过抗疲劳制造基础研究项目，包括抗疲劳制造5个机理、抗疲劳制造4种方法，以及提高疲劳强度100%，提高疲劳寿命100倍等技术标准全部达标完成。