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以另类角度看我国军事装备性能——高端数控机床

引言

1983年苏联从日本港口拉走了十几个集装箱货物,这些集装箱当中装的是当时世界上最为先进的高端五轴联动数控机床,在军事战略上属于绝密的制造业装备,这是冷战期间最大的军事技术泄密事件。

苏联用从日本东芝买来的四台高端数控机床,用来制造战略核潜艇七叶大侧斜螺旋桨,克服了核潜艇噪音大的问题,而这四台数控机床引发直接的后果就是美国为苏联精心准备的反潜拖曳阵列声呐以及P3C系列反潜机,让苏联在战略上扭转了局面。

?高端的数控机床不仅可以制造核潜艇上的核心部件,还包括航空航天装备、核反应堆、军用发动机、叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子等方方面面。

这也从侧面证实了当时苏联的军用装备制造业还是相当的强大,利用几台高端机床就能实现核潜艇突破,这不是简单的一个机床问题,这是整个工业体系深厚的基础的表现。

我国军事装备现状

我国歼10、11、枭龙,水面大型舰艇、导弹、鱼雷等主力海陆空装备大多发动机都需要从俄罗斯、乌克兰、英国进口发动机来弥补,发动机带来的性能缺陷。

我们能经常听到或者在新闻中被提及的可能最多的"太行"涡扇发动机,而它借鉴参考的是波音737、空客A320这两款世界主流的商业客机,虽然有了逆向研发的对象,但是迟迟攻克不了核心技术,太行发动机05年完成设计定型,现在仍然和主流的发动机有一定的差距,只用在双发的歼11战斗机上。

而单发的歼10战斗机对发动机可靠性要求高,直到歼10B量产,歼10系列战机都只能采用俄制AL-31FN发动机。

而航发发动机最困难的就是材料技术、精密铸造,加工工艺以及技术,都是目前面临的重大挑战。

航发发动机最困难的有两点——单晶空心叶片和发动机风扇,更是目前挑战我国技术的难度。

目前世界上先进的燃气涡轮发动机涡轮部位几乎都采用单晶空心叶片,一个涡轮叶片又分布着68个涡轮叶片。

单晶空心叶片作为航空发动机热端关键部件,在发动机内部长时间运转需要承受超过金融融化温度700的高温、飞机进行各种机动飞行产生的离心拉伸应力,每个叶片需要承受相当大的力,单晶空心叶片是最为恶劣的航空零件,被誉为“王冠上的明珠”。

而发动机风扇叶盘传统的方式是叶片以榫头、榫槽锁紧的方式连接在叶盘上,西方国家则是采用整体叶盘。

整体叶盘比连接叶盘有以下几点优点:

连接叶盘需要加工槽(这是机械加工中普遍的叫法),而整体的不需要这个加工程序,没有了槽,就不需要连接紧固装置,没有了紧固装置不仅能减轻重量、零件数目、还能减少零件对气流的阻挡,能使气流减少损失,提高发动机的效率,增加推力。

以美军F-22A隐身战机为例,美国五代隐身战斗机能以1.7倍音速进行超音速巡航,其他国家则不能。

F22A所采用的F-119涡扇发动机,它的压气机、涡轮全部采用带空心单晶叶片的整体叶盘,风扇则全部采用宽弦叶片,最大加力推力能超过15吨。

整体叶盘由于材料钛合金加工硬度高、叶片薄、以及叶片复杂的几何曲面,这对于机械加工又是一种全新的加工工艺。

国防军事装备和航空工业往往都要涉及具有复杂曲面的零件加工和制造,因而需要高精度的数控机床来进行切削加工,机床则需要增加轴数和联动能力实现对平滑曲面的加工。

这些核心零部件对技术指标相当严格,需要兼顾同心度、光洁度(需要达到镜面光洁度)、表面没有划痕以及相关技术硬度应力测试。

我国和俄罗斯在这一方面远远落后于西方国家,虽然我国对单晶空中叶片已经进行了攻克,但是时间尚短,无法打破西方国家的天花板。

目前我国高档数控机床现状

很多关键军工领域产品的发展,都取决于高端数控机床的发展水平。

机床行业一般分为三个档次,数控机床以轴数为标准,三轴以下的为低档,三至五轴为中高档,五轴以上为高档,通俗讲为五轴联动机床。

我国低档机床市场占有率相当大、中档则能和日本以及西方国家扳手腕,但是处于下风、高档则是突破困难重重,不能和主流机床抗衡。

可能大家对机床的轴数不太了解,我给大家简单介绍一下:

轴数少的数控机床,加工零件几何类就显的单一,但轴数越多,联动起来就越复杂,对控制系统和编程的要求就越复杂,能加工高难度的不规则曲面,机床主轴能实现大度数的扭转,能对零件进行全方位无死角加工出来。

由于国内数控系统的整体结构、高速切削、高精度、系统控制算法、伺服电机驱动、切削道具的耐磨性、机床在运转的稳定性等的综合差距,使得国内数控系统在高速、高精、五轴相互之间的配合加工和操作系统功能方面,相对世界先进水平有明显差距。

而目前高端数控机床的操作系统和伺服电机由西门子、三菱、发那科等国家垄断,国产的操作系统虽然也有,但是在操作系统全面性确实有所不及。

在机械导轨、刀庫转塔、测量系统、平衡系统这些核心依然被日本、美国、德国、意大利所垄断,高端数控机床的核心部件话语权依然掌握在西方发达国家手中,情况依然不容客观。

据传德国西门子公司已经生产出24轴,9轴联动,日本也能能生产,这些机床在西方军事上是严令禁止向我国出口的,像日本“苍龙”级常规潜艇在隐身、下潜深度、噪音分贝在亚洲都是首屈一指的。

国产数控机床在精确度、稳定性、可靠性等综合方面要略逊于西方发达国家,这是他们的优势,我们至少落后于他们十年,我们要清楚差距。

我国厚积薄发在机床领域不断的实现突破,在此涌现了一大批优秀的机床制造厂商如:大连机床、齐重数控等。

其中大连机床可以向国际先进水平追平95%,但剩下的则需要提升我国整体工业整体水平,才能和西方国家齐头并进。

?结语

目前我国在军事国防装备现代化上的突破有了爆发性的增长,但是更多的是电子科技上的突破,而传统的制造业却依然有很大的差距,没有传统的机械制造业为高科技保驾护航,在好的科技也无法发挥出良好的性能。

高端的数控机床是大国重器不可缺少的基石,也是垫脚石,没有高端数控机床加持,海陆空三军装备的性能将无法展现于世界之巅。

期待我国军事装备在世界大放异彩,实现民族伟大复兴。

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