奔騰的中國(guó)“心”-淺析C919客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn))

cuijiazi

近日，國(guó)產(chǎn)C919型客機(jī)模型首次公開(kāi)亮相,，并且其機(jī)頭部件也已經(jīng)開(kāi)始試制,，這表明C919型客機(jī)已經(jīng)完成發(fā)圖,，進(jìn)入工程試制階段，同時(shí)有消息指其配套的發(fā)動(dòng)機(jī)及機(jī)載設(shè)備已經(jīng)向國(guó)際招標(biāo),，當(dāng)然人們更關(guān)注的是這型代表著新世紀(jì)我國(guó)民機(jī)希望的客機(jī)能否裝配一顆“中國(guó)心”,，即配備國(guó)產(chǎn)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
根據(jù)中航商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司總經(jīng)理張建的話,，中商飛發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃在2016年完成C919發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，并進(jìn)行適航試飛,，從這個(gè)時(shí)間表來(lái)看基本上可以認(rèn)為C919客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)以國(guó)產(chǎn)渦扇-10發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ),，利用核心機(jī)換裝單級(jí)大直徑風(fēng)扇，構(gòu)成我國(guó)大型運(yùn)輸機(jī)配備的發(fā)動(dòng)機(jī),，也就是說(shuō)如果說(shuō)渦扇-10是山寨F110-GE-129的話,，那么C919的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該是山寨CFM56渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

CFM56是目前中短程客機(jī)的主力發(fā)動(dòng)機(jī),，也是我國(guó)相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)的參考對(duì)象
" N: W7 f4 z& k# ~一位著名的飛機(jī)設(shè)計(jì)師曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“決定一個(gè)國(guó)家研制什么樣的飛機(jī)并不在于飛機(jī)設(shè)計(jì)師,，而在于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師”，也就是說(shuō)一個(gè)國(guó)家研制什么樣的飛機(jī)的前提是其能夠得到什么機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī),，航空發(fā)動(dòng)機(jī)可以說(shuō)是現(xiàn)代工業(yè)革命的結(jié)晶,，由于需要長(zhǎng)時(shí)間、反復(fù)在高溫,、高壓和高轉(zhuǎn)速條件下工作,，其研制難度和對(duì)工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)的要求遠(yuǎn)高于其他平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)，往往研制一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的時(shí)間和資源要遠(yuǎn)高于研制一型飛機(jī),，當(dāng)今能夠設(shè)計(jì)的飛機(jī)的國(guó)家不少,，能夠發(fā)射火箭、導(dǎo)彈的也不罕見(jiàn),，但能夠研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家目前只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家,，而民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)之高更是到了苛刻的頂點(diǎn)——穩(wěn)定性高,、幾萬(wàn)個(gè)工作小時(shí)的長(zhǎng)壽命、油耗低,、污染低,，其噪聲要求比汽車(chē)還嚴(yán)格。所以現(xiàn)在大型客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)基本上被通用電氣、普惠和羅羅公司三家壟斷-日薄西山的大英帝國(guó)可以放棄飛機(jī)工業(yè)，即矢志不渝的呵護(hù)著羅羅公司,，并且憑此保持著自己在當(dāng)今航空工業(yè)中的重要地位,，經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力位居世界前列的法國(guó)需要和美國(guó)合作才能研制出CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)，前蘇聯(lián)如此雄厚的國(guó)力和工業(yè)基礎(chǔ),，在民用客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)方面也只能用不過(guò)爾爾來(lái)表示，遠(yuǎn)不上西方國(guó)家的發(fā)動(dòng)機(jī)，這也是前蘇聯(lián)客機(jī)在經(jīng)濟(jì)性和可靠性低于西方客機(jī)的一個(gè)最重要的原因,。而我國(guó)目前還只是突破了軍用小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在民用大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)方面還是空白的,。
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光潔的表面,、迷宮版的管路，集中展現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜性
/ f1 Q2 l% T- Q$ \$ i1 }! y1 E4 X正是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)研制的異常艱難,，所以即使發(fā)達(dá)國(guó)家也早早放棄了為一種飛機(jī)研制一型發(fā)動(dòng)機(jī)的做法,，而盡量在使用條件相當(dāng)?shù)娘w機(jī)上配備相同的發(fā)動(dòng)機(jī)，如早期的J57軍用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)就發(fā)展出了JT3C民用客機(jī)用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),，而在JT3C的基礎(chǔ)上又展出了JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),，而JT3D也有自己的軍用型TF-33，用于C-141軍用運(yùn)輸機(jī),，但隨著作戰(zhàn)飛機(jī)的超音速化,，而民用運(yùn)輸機(jī)基本上還在高亞音速度范圍內(nèi)徘徊（協(xié)和和圖-141是個(gè)例外）因此這就造成了軍用飛機(jī)的作戰(zhàn)包線也就是升限/速度范圍要遠(yuǎn)高于民用飛機(jī)，因此也就要求其配套的發(fā)動(dòng)機(jī)具備良好的全高度/速度性能,，能夠較好的完成超音速和亞音速飛行間的轉(zhuǎn)換和協(xié)調(diào),。而民用客機(jī)由于航空公司對(duì)成本的敏感性，更加重視在使用范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)性及可靠性的改善,，同時(shí)由于為滿足旅客對(duì)于客機(jī)舒適性及各國(guó)日益嚴(yán)格的噪音污染標(biāo)準(zhǔn),，其還要具備較強(qiáng)的安靜性，（去年珠航航展世界最大的客機(jī)A380來(lái)華參展,，參觀者就發(fā)現(xiàn)其四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作時(shí)的噪聲居然比其小的多,、兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的轟油-6還要低。）因此當(dāng)今民用客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)與作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)已經(jīng)過(guò)完全不同,，通用性也越來(lái)越困難,。在這種情況下就也現(xiàn)了核心機(jī)的概念.
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壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪組成發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)
所謂的核心機(jī)就是核心機(jī)是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)極其重要的組成部分,，包括了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中溫度最高,、壓力最大、轉(zhuǎn)速最高的組件和系統(tǒng),，主要有壓氣機(jī),、燃燒室、高壓渦輪,、傳動(dòng)系統(tǒng)等組成,，核心機(jī)包含了發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮系統(tǒng)的主要部分，在核心機(jī)壓氣機(jī)中實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分總增壓比,，核心機(jī)的重量占到發(fā)動(dòng)機(jī)重量的40-50%,，在發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中發(fā)生的80%左右的技術(shù)問(wèn)題都與核心機(jī)密切相關(guān)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)家目前多采用利用發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)來(lái)配備不同的低壓系統(tǒng)來(lái)發(fā)展軍國(guó),、民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),，這里面最典型的例子就是通用電氣公司的F110軍用發(fā)動(dòng)機(jī)和CFM56民用發(fā)動(dòng)機(jī)系列，該系列最初是通用電氣為B-1A超音速轟炸機(jī)研制的F101渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),，在此基礎(chǔ)上衍生出了去掉加力燃料室的F118（用于B-2隱身轟炸機(jī)）,。F101的核心機(jī)由于9級(jí)壓縮機(jī)、燃料室和單級(jí)高壓渦輪等部分組成,，80年代考慮到F-16配備的F100可靠性出現(xiàn)的問(wèn)題,，為F-16發(fā)動(dòng)機(jī)多提供一種選擇，通用電氣公司在F101的基礎(chǔ)上開(kāi)展了戰(zhàn)斗機(jī)衍生型的研制,，主要采用了一個(gè)0.76低旁通比,、由2級(jí)低壓渦輪驅(qū)動(dòng)的3級(jí)風(fēng)扇、外加一個(gè)加力燃料室,，這就是F110系列,，1986年第一種推力達(dá)12700公斤的F110-GE-100投產(chǎn),，并配備在F-16C/D上面,，為區(qū)別配備GE和PW發(fā)動(dòng)機(jī)的F-16，美國(guó)空軍將前者編號(hào)確定為F-16BOCK30/40/50,，后者為F-16BLOCK32/42/52,，由于F101/F110的成功，通用電氣公司也考慮擴(kuò)展這個(gè)系列發(fā)動(dòng)機(jī)的用途,，以取得最大的效益,，而此時(shí)法國(guó)的施奈克瑪公司也希望研制一種中等推力、低油耗/噪聲,、可靠性高的民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)做為下一代窄機(jī)身客機(jī)的動(dòng)力,，由于技術(shù)能力不足，其希望能夠與實(shí)力更為強(qiáng)大的伙伴進(jìn)行合作開(kāi)發(fā),，經(jīng)過(guò)選擇其決定與通用電氣合作研制,，雙方成立了CFM公司,，選擇通用電氣除了其有強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力外，還有助于新的發(fā)動(dòng)機(jī)打進(jìn)龐大的美國(guó)民用客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng),。項(xiàng)目編號(hào)定為CFM56（其中CF是通用電氣民用渦扇的縮寫(xiě),，而M56代表施奈克瑪?shù)?6個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目）。由于CFM56是基于F101的核心機(jī)增加一個(gè)單級(jí),、旁通比為5左右的大直徑風(fēng)扇研制而成的,，由于涉及到F101的核心機(jī)技術(shù)，根據(jù)美國(guó)國(guó)防部的要求,，通用電氣對(duì)其進(jìn)行降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)處理,，即其熱端部件技術(shù)不超過(guò)當(dāng)時(shí)的民用CF6發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)-由于可以看見(jiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的困難和重要性。CFM-56發(fā)動(dòng)機(jī)最大推力120千牛級(jí),，巡航耗油率約0.6,，質(zhì)量1900-2000公斤，推重比4-5,，是當(dāng)今中短程客機(jī)的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng),，占據(jù)了當(dāng)今中短程客機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)市場(chǎng)份額的80%，除此之外其還衍生出用于A340大型遠(yuǎn)程客機(jī)的CFM-56-5C,，另外還成功開(kāi)辟了軍用市場(chǎng),，美國(guó)空軍賦予其編號(hào)F-108-CF-100，用于美國(guó)空軍KC-135空中加油機(jī)的升級(jí),，更換后的KC-135的編號(hào)為KC-135R,。根據(jù)新一代民用客機(jī)的研制計(jì)劃，CFM公司又開(kāi)始了新一代CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)的研制即LEAP56計(jì)劃,。LEAP56將采用新復(fù)合材料風(fēng)扇,，先進(jìn)壓氣機(jī)，下一代雙環(huán)預(yù)旋燃燒室及下一代高,、低壓渦輪,，設(shè)計(jì)目標(biāo)是比現(xiàn)有CFM56-5B,和-7B耗油率降（10～15）%，維修成本降 15％,，噪音降15 分貝,。整機(jī)方案將在 2011年飛機(jī)需求最終明確后確定。

6 v8 y. L% P7 j2 SF-110-GE-129渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

/ `! Y9 X" g- b7 i% p& FCFM-56渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)剖面圖,，盡管外觀不同,，但其與F-110有同樣的核心機(jī)
! J+ [6 v2 q7 o  T% i; w: m我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)專家劉大響曾經(jīng)說(shuō)過(guò)；與飛機(jī)設(shè)計(jì)水平相比,，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平更加落后于世界先進(jìn)水平,，和我國(guó)飛機(jī)工業(yè)一樣，以前蘇聯(lián)第一代渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)起步，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了從修理到仿制,，從單純仿制到測(cè)繪仿制,，從仿制到自行研制的過(guò)程，但由于種種原因,，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)水平發(fā)展緩慢,，到本世紀(jì)初只具備研制、生產(chǎn),、改進(jìn)60年代水平的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的能力,，究其原因，主要是當(dāng)時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力有限,，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域投放不足,，加上航空發(fā)動(dòng)機(jī)本身的復(fù)雜及艱難，所以我國(guó)自行研制的幾型發(fā)動(dòng)機(jī)如渦扇-6進(jìn)度遲緩,，出現(xiàn)了還未上天試飛就已經(jīng)落后的局面,，雖然后來(lái)從西方引進(jìn)了部分先進(jìn)技術(shù)，如引進(jìn)英國(guó)的斯貝MK202渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),，但由于技術(shù)上的差距,，經(jīng)過(guò)多年努力才將其消化和吸收，主觀上來(lái)講我國(guó)長(zhǎng)期對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性認(rèn)識(shí)不足,，往往將發(fā)動(dòng)機(jī)做為型號(hào)附屬物,，型號(hào)上則發(fā)動(dòng)機(jī)上馬，型號(hào)下馬發(fā)動(dòng)機(jī)隨之下馬,，因此在型號(hào)上沒(méi)有形成梯次發(fā)展,，缺乏必要的技術(shù)積累。這樣的結(jié)果就是至今我國(guó)在作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)方面還受制于人,。

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國(guó)產(chǎn)渦扇-10渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)剛剛成熟
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目前國(guó)產(chǎn)殲擊機(jī)仍舊依靠AL-31F渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)
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從上世紀(jì)80年代起,，我國(guó)根據(jù)新型殲擊機(jī)殲-10的配套需要開(kāi)始研制大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦扇-10，根據(jù)外電報(bào)道其借鑒了CFM-56也就是F110的核心機(jī)技術(shù),，當(dāng)年考克斯報(bào)告還繪聲繪色的描繪其中的細(xì)節(jié),，我國(guó)以改進(jìn)三叉戟的名義從美國(guó)引進(jìn)兩臺(tái)CFM-56發(fā)動(dòng)機(jī),，然后以火災(zāi)的名義報(bào)損,，實(shí)際上進(jìn)行分解、測(cè)繪仿制出了渦扇-10,，筆者認(rèn)為這個(gè)說(shuō)法實(shí)在牽強(qiáng),，我們知道航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)由上萬(wàn)個(gè)零部件組成的龐大的工程產(chǎn)品，是當(dāng)今最尖端材料和加工工藝的體現(xiàn)，特別是治金材料,，單純少數(shù)幾臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)根本就不可能破解其中的奧妙的,，當(dāng)然我國(guó)大量操作著波音737機(jī)隊(duì)，因此積累和豐富的使用和維護(hù)CFM-56發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn),，在此基礎(chǔ)對(duì)其核心機(jī)進(jìn)行借鑒是完全可能的,。隨著渦扇-10的研制成功，在其的核心機(jī)基礎(chǔ)上研制一型民用客機(jī)用的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)成為最可能的選擇,。換句話說(shuō)我國(guó)搞C919并不偶然的,，而受到我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平的制約-在可以預(yù)見(jiàn)的將業(yè)國(guó)內(nèi)只能提供這樣水平的發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)然這并不是唯一的原因,，國(guó)內(nèi)民航目前的主力機(jī)型就是波音737,，本世紀(jì)初我國(guó)擁有600多架民航客機(jī)中，波音737占了一半以上,，到2010年后許多飛機(jī)到達(dá)使用壽命后,，需要更換，根據(jù)預(yù)測(cè),，到2020年我國(guó)共需要150座客機(jī)近千架,，這是C919最有可能的市場(chǎng)，也是研制的初衷,，這樣其配套的發(fā)動(dòng)機(jī)就需求就在2000臺(tái)以上,，價(jià)值數(shù)百億美元，因此研制大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)的確有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,。同樣重要的是還可以解決軍用運(yùn)輸機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)題,，前面說(shuō)過(guò)4臺(tái)CFM-56發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)可以驅(qū)動(dòng)A340這樣的大型客機(jī)，因此在其基礎(chǔ)上可以研制一型與伊爾-76大小相近的軍用運(yùn)輸機(jī),，從而解決我國(guó)空軍缺乏大型運(yùn)輸機(jī)的問(wèn)題,。甚至可以用于現(xiàn)有伊爾-76飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)。
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, R! }# Y& T+ r- ^中國(guó)民航擁有大量的波音737客機(jī),，C919的目標(biāo)就是其后續(xù)機(jī)

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1 l0 F* `/ L  |1 `" Z+ h我國(guó)空軍裝備的伊爾-76,，采用的是較為落后的D-30KP發(fā)動(dòng)機(jī)
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根據(jù)有關(guān)資料，我國(guó)沈陽(yáng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究所（606年）在已經(jīng)設(shè)計(jì)定型的渦扇-10渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)的基礎(chǔ)上,，利用航空推進(jìn)技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃構(gòu)建的大涵道比風(fēng)扇驗(yàn)證平臺(tái),，對(duì)高壓壓氣進(jìn)行全三維改進(jìn)設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)一步改善核心機(jī)性能,、改進(jìn)設(shè)計(jì)風(fēng)扇/增壓級(jí),、匹配設(shè)計(jì)低壓渦輪、采用全權(quán)限發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)系統(tǒng),，構(gòu)成我國(guó)第一代大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)方案,，其推力為120千牛級(jí),，性能與CFM-56相近，優(yōu)于伊爾-76的D-30KP,，在相同的條件下,，可以讓伊爾-76的航程增加約10%，可以滿足我國(guó)中短程客機(jī)和大型軍用運(yùn)輸機(jī)的動(dòng)力需求,，與此同時(shí)在四代發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)基礎(chǔ)上,，606所還開(kāi)展了140千牛級(jí)的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的先期技術(shù)攻關(guān)，以滿足C919系列發(fā)展的需要,。

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國(guó)產(chǎn)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)開(kāi)始臺(tái)架試驗(yàn)

但是我們應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到,，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，缺乏經(jīng)驗(yàn),，在材料,、工藝、以至試驗(yàn)手段等各方面還存在諸多不足,，因此大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該說(shuō)只能研制出來(lái)而已,，能否在經(jīng)濟(jì)性、安靜性,、可靠性等指標(biāo)滿足客戶的要求還是個(gè)未知數(shù),，這也是為什么近期中商飛要在國(guó)際上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)招標(biāo)原因。當(dāng)然我們也相信隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力與工業(yè)技術(shù)水平的提高,，加上科研人員努力,，國(guó)產(chǎn)客機(jī)肯定會(huì)裝上國(guó)產(chǎn)“心”

戰(zhàn)神

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見(jiàn)習(xí)生小王

發(fā)展國(guó)產(chǎn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)還是任重而道遠(yuǎn)，可能需要一代到幾代人的努力,。

andyany

支持LZ,，支持國(guó)防！

胡宜廣

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- F+ x9 M$ P7 p3 |4 v

Evolution

無(wú)圖啊