我国的大型飞机专用航空发动机处于什么样的水平?

武器正能量

中美贸易战今天开始,现在来谈长江1000A,以为有意思极了。搞不掂高尖端,正要受制于人。现在世上窄体大飞机发动机,基本两大系列,GE和斯奈克玛联合研制的CM56和IAE的V2500,IAE的组成,美国普惠,英国罗罗,日本JAZC,德国MTU和意大利菲亚特。现在C919所用LEAP-1C大涵道比发动机,CFM56-5B的发展型号,正出自CFM之手,推力13.6吨,经济性好,成熟而可靠。当然中美贸易战端骤开,影响不影响使用,就不好说了。未来国产的长江1000A,如约于今年下线,开始了配装实验,成熟起来没有三年五载之功,够戗。不过,国内每说发动机,就是在技术研发上关注度不高,2016,南京大学的陈光带领的团队,研发的TiAL单晶合金,最小蠕变速率和持久寿命均优于GEnx两个数量级,GEnx是波音下一代飞机发动机。镍基单晶承温能力每提高25-30℃就为一代,话说这高出150-250℃,解释一句,此乃涡轮前温度,高出这么多是多少代呀,可见我们在进步,并且进步不小。照此下去,大有希望。

有钱就是任性。航发集团成立了,未来十年要投入两万亿人民币搞研发,洋人们也是满满感概,有钱人就是任性哟。更令人生畏的是,据GE的中方经理介绍,不是技术问题,GE发动机80%-90%都在中国做,高压转子轴承、头到尾的机匣、压气机轮盘都是在中国制造;就连出口限制最严格的是热端部件,比如高压涡轮,高压涡轮的叶片不在中国做,但高压涡轮盘已经是在中国做的;燃烧室不能在中国做,但燃烧室的头部已经在中国做了。看看,假如我们再完成了20%的技术突破,堪谓踮踮脚就够得着,多少关键技术已被拿下,还剩下镍基单晶一类技术,接连被攻克,所以我们有理由相信,发展是可期的,只要有国家长期扶持,无关自由经济如何,其所争无非就剩下这点玩意。

一生一世。陈迎春,RC929的中国总师,对国产航发的要求,“不求最好,先进可靠;尽早拥有,稳步快跑;合作帮助,一时一事;自主创新,一生一世。”应该说实事求是,要求既理性又务实,一步到不了罗马城,能突破的抓抓紧,现实有难度的,先保证先进可靠,大飞机航发,多种关键技术实现了突破,复合材料风扇机匣及包容环包容技术,燃用航空替代燃料燃烧室设计技术,低排放、长寿命燃烧室设计技术,等等,优先的考虑,因为垄断买不来的部件或技术,在此过程中,边干边学边实践,建立健全了研发实验设施,培育了大批年轻人才。从无到有,大飞机,一生一世,我们干起来了。用我们的努力证明,绝没有过不去的火焰山,俏不争春只把春报,未来中国航空发动机,一定会绽放出最为灿烂的笑容。

谁也比不了的庞大市场。GE,罗罗和普惠,这些年争着抢着和我们做生意,其因有自,正在于我们有一个谁也比不了的庞大市场。有人算了一笔帐,未来20年中国会有上千台大涵道发动机,含军方使用,拥有5000亿美元发动机的需求,仅商用发动机就有3000亿的市场,因而成为全球增长最快,规模最大的市场,这钱不能光叫老外挣了去,更何况民用大飞机有极严苛的限制,不能用于军方,发动机不济,严重制约着中国军事装备水平的发展,加油机,预警机,巡逻机等大飞机机体平台,长期得不到发展,需求甚大,为此只能拼命向前,争取早日做大做强,老话说得好,形势总是比人强,逼得我们不得不进,不得不大步向前。既然贸易战战端已开,唯有核心核力。

据悉,长江1000A直径1.95米,长3.29米,约有35000个零组件组成。叶片数量为18片,采用小展弦比三维宽弦空心叶片,叶片材料为TC4钛合金,内部采用“瓦伦”空心结构,超塑成形/扩散连接工艺,风扇机匣采用硬壁包容设计,低压压气机为3级。这样的设计指标,已与LEAP-1C倒差不差,我们的计划,在2022~2025年之间完成适航取证。2025,中国制造的目标。


魂舞大漠

2016面美国航空工业推出专用与大型飞机的GE9X大涵道比航空发动机,让全世界见识到了什么是全球第一的水平。这种发动机推力达到了10万磅(超过了45.3吨)的水平,而目前美国最大的飞机"播音777-300"系列使用的发动机最大推力仅有98000磅,如果配备四台GE9X播音777就增加了将近一万磅的推力,性能肯定会大幅度的提高。不过,要说这种发动机是专为播音777这种大飞机研发的产品也说不过去,推力98000磅的PW4098已经足够满足播音777的需要,仅仅是一万磅的推力提高不值得美国付出巨大心血研发GE9X,它的用途肯定还是军用飞机。


美国现有的军用发动机大多都是双发或者四发,著名的C-17环球霸王运输机使用的四台"PW2040"发动机,最大推力也就41200磅。这就意味着只需要一台GE9X就可以推动一架环球霸王的基本运转,而我国的购买的伊尔-76运输机,使用的D-30Pk-2型航空发动机单台推力仅有12吨,只要有一台GE9X大型发动机就可以满足一架伊尔-76的满载起飞任务,也就是说美国人开发这种超级发动机最重要的并不是为播音777提高那一万磅的推力,而是进一步简化军用运输机的发动机数量,用更少的发动机数量取得燃油经济性和使用简单化,这也是未来军机发展的必然趋势。

而我国涡扇家族发动机师从与俄罗斯,根据俄罗斯为伊尔-76替换的最新D-30PK-3型发动机15吨的推力计算,我国蓄势待发的涡扇-20发动机最高的潜力也就15吨左右,另一款涡扇-18的水平还会更低。因此说我国航空发动机推力水平相比国家制高点还有想到大的差距。诚然,配备涡扇-20的运-20将在各方面性能上超越伊尔-76,但是它毕竟是一款老爷机超越它的实际意义并不大,我国必须研制出类似GE9X那样的大推力发动机才能满足未来需求。不仅是军用运输机在民用大飞机领域也是如此。

美国的播音747使用的发动机最大推力是普惠公司的4000系列的PW4062型,其推力63300磅大致相当于25吨的水平,而我国的C919能选用的国产发动机仅有推力潜力15吨涡扇-20,即便美国人不用GE9X我国也没有竞争优势。美国人可以利用发动机推力大的特点简化发动机数量,以此换取燃油经济性和维护简化性,节省的成本都是各大航空公司最看重的产品特性,所以未来有可能看到一台"GE9X"推着到处跑的播音747出现。因为发动机动力不足而卖不出去的已有先例,苏联的伊尔-96就是因为发动机推力不足需要配备四台发动机才能满足需要,由此引发的成本问题让它几乎没有订单。所以研发大推力发动机对我们来说是势在必行的。


利刃军事

我国大型飞机专用航空发动机还处于起步阶段。就在前不久我国首台大飞机发动机CJ-1000A点火成功,其转速达到6600转每分钟,被认为可以在不久的将来用于替代C919客机上从CFM公司购买的LEAP-X1C发动机。


航空发动机行业是一个需要大量积累的行业,而我国航空工业相较于发达的美俄等国起步较晚,积累不足,所以无法在短时间内跟上国际先进水平。此次CJ-1000A发动机的点火成功对我国民用大飞机发动机来说绝对是零的突破。

除了民用大飞机的发动机我国还无法量产之外,军用大飞机发动机的生产也令人堪忧。我国自主研发的运-20大型运输机,大部分使用的是从俄罗斯进口的D-30发动机,少量使用我国自主研发的涡扇-18发动机。

D-30发动机推力12.5吨,自重2300公斤,翻修使用寿命达到3000小时。而我国自主研发的涡扇-18发动机推力达到了13.2吨,自重也仅仅2000公斤。纸面数据比俄罗斯D-30发动机漂亮的多,但是广为诟病的是其可靠性和使用寿命,其可靠性远不如俄罗斯的D-30发动机。
而且其产量也令人堪忧,国产的单晶叶片良品率实在是感人,导致运20的产量受到影响。不过万事开头难我国大飞机发动机已经迈出了第一步,相信在军工人的努力下,在不久的将来可以赶上世界先进水平。


军事哒哒哒

目前我国自主研发的飞机有军用的运-20和民用的C919,其中运-20是200吨级重型军用运输机,C919是150座级干线运输机,最大起飞重力不超过100吨。

运20目前使用的是4台俄罗斯的发动机D-30KP2,推力在12.5吨左右,技术属于上世纪70年代的水平,功耗相对于欧美同等级的来说严重落后,而为了满足国产化的要求而研制的WS-18虽说在功耗和重量上有所提升,但是还是在同一水平上,最大推力提高到13.2吨,重量减轻了300公斤,WS-18是为了应付空军对D-30KP旺盛的需求,轰-6K、伊尔-76、运20A,WS-18可以做到简单替换。

而运20的最终版发动机是WS-20,是一款大涵道比发动机,目前已经在伊尔-76上装机试飞,推力为13吨到16吨,性能接近C-17 PW2040发动机的17吨,装上4台WS-20的运-20将有能力与C-17一较高下,除了运20外,WS-20还可能装备未来的轰炸机、远程反潜机等等。

C919目前使用的国外的LEAP-C发动机,是该等级最先进的发动机,由美国和法国联合研制,而国产的动力为CJ-1000A,是国内第一款商业大推力发动机,CJ1000A为双转子大涵道比直驱涡扇发动机,涵道比约为9,推力约113~127kN,由1级风扇、3级增压级、10级高压压气机、燃烧室、2级高压涡轮及7级低压涡轮组成,与国外顶级发动机还有距离。


巴尔干尖刀

目前说我们在民用发动机的运用上比之美英在民用发动机的技术上说实话,不是差的不是一点半点,民用大涵道比发动机快速发展的时候是上世纪70年代,当时我国的工业基础太差,而我国的当时比较贫穷,国内的民航市场很小,研制民航客机并无必要。当时就国把主要精力用去研制军用发动机。

目前我国还没有一款成熟的大涵道比发动机,这是个心痛的现实,民用发动机比军用发动机在技术上的要求更加严格,要求在安全性,空中停机机率,耗油率上都十分重要,随着客机双发趋势的发展,一架客机上装有两台发动机,要求两台发动机在一台发动机失灵的时候别一台发动机可以继续推动飞机飞行。如果两台发动机都失灵,那么基本确定飞机要失事了,一架客机上载150_500人,所以在可靠性上对民用发动机的要求极为严格。



世界上拥有研制可靠的,成熟的发动机厂商为美国的普惠公司,GE公司,英国的罗罗公司,超大涵道比发动机就是这三家公司竞争,主要指商用的35吨推力以上的发动机,,主要用于双发宽体客机上使用。竞争极大,GE公司份额较高,罗罗其次,普惠发动机的份额最小,普惠的发动机生产中军用型号较好,占了美国F22,F35的的发动机全部合同。


推力排行GE90-115B,推力52吨,地面试验最大推力58.6吨,在波音777上使用

GE9X推力47.96吨,在波言777ⅹ上使用

Pw4000,推力44.9吨,在空客A330.A310,A300,波音747-400波音767,波音777等飞机上使用

罗罗瑞达XWB推力43.98吨,在空客A350XWB上使用

瑞达800推力42.35吨,使用于波音777

GP7000推力36.98吨,GE与普惠联合研制的产品,使用于空客A380

瑞达1000推力38.50吨,使用于波音787

瑞达900推力34.69吨使用于空客A380

瑞达7000推力32.65吨,使用于空客A330

上面都是用于双通道宽体客机使用的,在窄体干线客机上使用的十吨级发动机是两个系列,分别是Cfm56与v2500,Cfm56发动机由GE公司和斯奈克玛公司联合研制的,由GE研制的热端部件,斯奈克玛研制的冷端部件。v2500由美国普惠,英国罗罗,日本JAZC,德国MTU意大利菲亚特组成的国际航空发动机公司公司,以此来对付CFm56在窄体客机发动机的霸主要地位。


目前我国在10级推力的民用大涵道比发动机C)1000-A研制在稳步推进,有希望在今年进行样机装配,预计采用涡扇10的的核心机进行改进,运20上现在仍使用的D30k,推力12.5吨,我国为运20研制的涡扇18发动机推力13.3吨,相比D30发动机虽然在年推力和油耗上有一定超越,但相比美国F117-pw-100发动机18.3吨的推重扔有相当大的差距。

在35级的发动机上我国选择与俄罗斯合作研制的方式,也为中航未来的C929远程宽体客机做配套,这也是我国为未来发动机的发展做的巨大努力。


GE发粉

但就民机产品讲,目前国产大飞机C919使用的航发是国外进口产品,有CFM公司生产的Leap 1C,有趣的是,当前空客和波音两款主流机型均搭载了CFM生产的LEAP系列发动机,只不过空客A320neo选用的是Leap-1A,波音737MAX使用的是Leap-1B。

C919采用的是CFM生产LEAP-1C发动机采用业内首创的全集成推进系统(IPS),这些部件被设计成整体系统,具有更佳的空气动力学特性,重量轻、更易维护。

2014年年底,首台LEAP-1C在经改装的波音747测试飞行验证平台上完成飞行验证项目,并进行了一个全面的实验计划,包括发动机的喘振裕度、可靠性、性能、噪声和排放等指标。同时还验证了发动机上的“黑科技”,包括碳纤维复材风扇、双环预混旋流(TAPS)燃烧室、陶瓷基复材罩环和钛铝合金叶片等。

LEAP发动机也是全球唯一一款被所有主流单通道客机 737MAX、A320neo和C919飞机同时采用的发动机。相较于上一代产品CFM56-5B上的36片钛合金风扇叶片设计,所有LEAP系列航发风扇仅有18片叶片,加上改进后的复材风扇包容机匣,使每架飞机可以成功瘦身455kg。

另一方面,LEAP系列航空发动机是首款使用陶瓷基复合材料(CMC)的民用航发。第一级高压涡轮罩环由陶瓷基复材(CMC)制成,这是CFM公司首次将军用航发技术应用于民机之上,CMC耐高温性将减少发动机对冷却气流的需求,这将对发动机工作降低大量的负担。同时CMC为低密度材料,重量可减轻三分之一,将对飞机飞行的经济性带来丰厚的回报。

因此C919的动力不输西方飞机。另一方面,C919的中国心也在按部就班的进行。12月25日,专为C919国产大飞机打造的首个按照民航适航要求研制的大涵道比涡扇发动机——长江1000A(CJ-1000AX)的整机验证机,在上海完成装配。

综合早期的报道看,该发动机的整体性能应该不输西方的先进航发,但也有报道指出该型航发的整体性能同CFM56系列大体相似。

但是这也是我国第一台按照世界民航适航要求研制的大涵道比涡扇发动机,能达到此类水平,并且按照目前的开发进度,已经足以令人振奋和震惊,当然,研发一型新的发动机还是要面对诸多实际困难,不亚于开发一款新的飞机,因此对于国产航发的研发,需要有一定的耐心和信心。


大飞行家休斯

先回答问题,现在总体落后美国20-25年,落后毛子10年。部分关键技术,由于有后发优势,大家的差距并不算特别大。

现状是:落后很多,追赶困难。

落后很多因为这是很烧钱的玩意儿,在中国起步非常晚。
追赶困难是因为国外大公司已经占领了全部西方市场和大部分的中国市场(除了中国军用市场以外),可以实现盈利—研发升级的自我循环,无需太多外部支持;而中国的公司却只拥有可怜的本国军用市场,利润完全无法支持研发升级费用,需要政府长期的大量的无回报的投入,直至赶上世界最先进水平为止。所以别问航发企业不行是不是因为国企效率低,要不是国企,它们早就死了。

后发有时有优势(如高铁);但在飞机发动机这个领域,则是完完全全的劣势。

再努力二十年,争取和欧、美、俄发动机没有代差,达到同一级水平,还是可能的。


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