近些年來，中國加大了航空發動機自主研發力度，努力追趕國際頂尖水平，在諸多關鍵技術上有了顯著進步。“我國航空發動機將進入快速發展階段，制造技術也將有大的突破和提升，這是從事航空發動機制造科技人員最好的歷史機遇期，同時也將面對巨大的挑戰。”南京航空航天大學機電學院何寧教授如是說。
與世界先進水平差距明顯
目前，我國航空發動機從設計、制造、材料到實驗等各個環節都有很多空白需要填補，難度比較大。“樣機的制造并不是不可克服的困難，關鍵問題在于質量和精度的差距，同時還有效率和成本問題。”何寧一語道出了我國航空發動機制造的現狀，他認為當下我國航空發動機制造與世界先進水平的差距主要體現在以下五點：
一是加工機理相對缺乏。沒有理論指導，摸索做產品，問題不斷出現，不知其然，或是知其然而不知其所以然。
二是技術創新不夠。我國航空發動機企業過去投入少，自主設計和制造零件歷史比較短，憑經驗生產零件，跟蹤技術多，創新積累有限。
三是質量意識弱、工藝積累少。與德國和日本企業相比，我國企業缺乏牢固的質量意識，對工藝與質量的關系認識也不到位。工藝人員、工匠的知識、經驗和技術的傳承有限，信息化和智能化最重要的的任務是工藝知識、數據和經驗的積累、傳承、應用以及提高。
四是人才力量缺乏。目前重點大學更多強調的是通識教育，即使是航空院校，專門針對航空工藝的教學大量縮減，大學生航空企業的實踐也少，這是航空人才培養的缺陷。
五是夾具等輔助性工裝技術研究相對薄弱。目前國內夾具的研究不多，這也是制約工藝發展的一個短板。
要想縮短這些差距，何寧認為國家在加強重點工程建設中，也要在基礎研究上加大投入。如何促進我國航空發動機的發展？“大學的主要任務是結合國家重大需求，加強校企合作，培養適用于航空發動機領域高素質人才；積極參與航空發動機的基礎研究和應用基礎研究。同時，企業加大技術創新和聯合研發，推動整體工藝系統水平的不斷提升。”何寧說道。
難度顯著的技術高門檻產業
航空發動機技術門檻之高，眾所周知。對于設備的加工能力和企業的工藝水平是非常嚴峻的考驗。“航空發動機在制造過程中不僅要求加工精度和高加工效率，還要保證加工表面質量，對加工件表面粗糙度、殘應力把控更精準。”何寧強調。
何寧指出，航空發動機制造的難點主要體現在：一是難加工材料多，除了傳統的高溫合金、鈦合金等材料，大量新型先進材料如金屬基和陶瓷基復合材料、金屬間化合物、單晶葉片等已得到普遍應用，還有表面涂層，對加工性能要求高；二是結構復雜，整體結構多、曲面大、空間小、壁薄；三是加工的尺寸、形狀、精度要求高，制約了加工效率的提高；四是航空發動機要求長壽命、高可靠的性能，這就對表面加工質量提出了更高的要求，已加工表面任何損傷都有可能造成嚴重的飛行事故。
由于航空發動機越來越復雜的結構以及越來越高的質量要求，加工變形問題已成為一個嚴重的制造瓶頸。加工變形產生的主要原因有：一是夾具的影響，夾具夾緊位置和力度控制不好就會產生變形；二是加工過程中會有切削力，切削力對一些薄壁的弱剛性零件容易產生受力變形；三是熱處理變形，熱處理前的粗加工、鈑金加工是達到要求的，但熱處理完成后變形是目前比較難解決的問題；四是材料內應力的再平衡，所有的材料內部存在內應力，對于復雜結構件，本身不對稱，厚度尺寸存在變化，在加工過程中材料余量被切除掉，內應力會重新分布再平衡，導致零件產生變形。
關于零件毛坯內部的應力測試評估，何寧及他的團隊積累了多年的經驗，對飛機和航空發動機零部件內應力測試有著豐富的技術儲備，在許多航空制造企業得以應用和推廣。“原始毛坯內應力分布不均勻，加工時就會發生一些沒有規律的變形，這是目前最困擾航空企業的難題。”何寧詳細解釋道，這樣的零件在機床加工完成之后的在線測量是合格的，但是零件解除夾緊從機床上取下之后就會產生變形，且每一件零件的變形都不一樣。“這是一個很大的技術難點，也是影響航空發動機質量的重要因素之一。”
關乎制造提升的五點建議
針對上述制約航空發動機發展因素，在通過產學研合作，加強基礎研究和制造技術創新的基礎上，何寧給出了以下五方面建議：
第一，工藝互補，共同發展。有些零件用常規工藝加工起來特別困難，如難加工材料的整體葉盤。葉片之間的空隙太小，加工干涉就會影響加工質量和效率，但特種工藝可以解決這種問題，如激光、電火花、電解等。結合高速加工等機械加工工藝，即根據材料和結構的特點，選擇合適的工藝組合。
第二，加強工藝數據和知識的研究、試驗、優化和積累，再利用加工數據庫、專家系統等技術進行加工系統的整體優化。
第三，基于仿真的工藝開發優化。在實施工藝之前，運用仿真技術預測實施結果。基于物理因素的仿真技術，可以仿真出加工過程的受力、溫度、工件變形、表面粗糙度等。發動機的材料成本高，需要盡可能節約材料，通過仿真技術來預測驗證則可以降低成本。
第四，基于監控的過程管理技術，這也是智能制造在航空發動機加工領域的應用。在機床上設置一些相應的傳感器來感知溫度、力、振動、功率等狀態信息，對狀況信息分析處理，對整個過程狀態，如刀具突然磨損或崩刃，振動、切屑纏繞或堵塞等進行識別和管理，避免意外故障，也可根據加工狀態適時調整加工過程參數，保持最佳加工條件。通過控制系統發送各種信息傳遞給管理者，讓管理者可以隨時全面掌握生產過程狀態。
第五，刀具管理。刀具是影響加工過程的重要因素之一，航空發動機零件普遍是小批量多品種，可能一臺機床、一把刀具加工不同的零件，這就格外需要對刀具信息進行管理，對刀具質量進行監控，既要充分發揮每把刀具的性能，又要避免刀具的破壞對零件的損害。例如某把刀具的壽命只有60分鐘，需要累計該刀具加工不同零件不同工序的總加工時間，如果60分鐘之后還用這個刀具加工，輕則會影響加工產品的精度，重則會損毀零件。
“航空發動機及其零部件在研制過程中質量是必須把控的要素，在這一過程中要注意各種數據的積累，將這些數據通過信息化手段記錄下來，以便后續改進。”何寧分析道，由于航空發動機批量并不是很大，所以柔性化生產是未來發動機制造的趨勢，對新發動機的研制進行定制化生產。相信，隨著國家加大對航空發動機事業的投入，航空發動機制造工藝和技術必將會加速發展，促進我國航空發動機性能和水平的迅速提高。
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