奔騰的中國“心”-淺析C919客機(jī)的發(fā)動機(jī)(轉(zhuǎn))

cuijiazi · 發(fā)表于 2009-10-11 10:24:33

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

CFM56是目前中短程客機(jī)的主力發(fā)動機(jī),，也是我國相關(guān)發(fā)動機(jī)的參考對象
一位著名的飛機(jī)設(shè)計(jì)師曾經(jīng)說過“決定一個國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)動機(jī)設(shè)計(jì)師”，也就是說一個國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)動機(jī),，航空發(fā)動機(jī)可以說是現(xiàn)代工業(yè)革命的結(jié)晶,，由于需要長時間、反復(fù)在高溫,、高壓和高轉(zhuǎn)速條件下工作,，其研制難度和對工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)的要求遠(yuǎn)高于其他平臺的發(fā)動機(jī)，往往研制一臺發(fā)動機(jī)所需要的時間和資源要遠(yuǎn)高于研制一型飛機(jī),，當(dāng)今能夠設(shè)計(jì)的飛機(jī)的國家不少,，能夠發(fā)射火箭、導(dǎo)彈的也不罕見,，但能夠研制航空發(fā)動機(jī)的國家目前只有少數(shù)幾個國家,，而民用航空發(fā)動機(jī)的技術(shù)之高更是到了苛刻的頂點(diǎn)——穩(wěn)定性高、幾萬個工作小時的長壽命,、油耗低,、污染低，其噪聲要求比汽車還嚴(yán)格,。所以現(xiàn)在大型客機(jī)的發(fā)動機(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需要和美國合作才能研制出CFM56發(fā)動機(jī)，前蘇聯(lián)如此雄厚的國力和工業(yè)基礎(chǔ),，在民用客機(jī)發(fā)動機(jī)方面也只能用不過爾爾來表示,，遠(yuǎn)不上西方國家的發(fā)動機(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)的一個最重要的原因,。而我國目前還只是突破了軍用小涵道比渦扇發(fā)動機(jī),，在民用大涵道比發(fā)動機(jī)方面還是空白的。

光潔的表面,、迷宮版的管路,，集中展現(xiàn)了航空發(fā)動機(jī)的復(fù)雜性
正是因?yàn)榘l(fā)動機(jī)研制的異常艱難,，所以即使發(fā)達(dá)國家也早早放棄了為一種飛機(jī)研制一型發(fā)動機(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)動機(jī)，如早期的J57軍用噴氣式發(fā)動機(jī)就發(fā)展出了JT3C民用客機(jī)用噴氣發(fā)動機(jī),，而在JT3C的基礎(chǔ)上又展出了JT3D渦扇發(fā)動機(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，同時由于為滿足旅客對于客機(jī)舒適性及各國日益嚴(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來華參展，參觀者就發(fā)現(xiàn)其四臺發(fā)動機(jī)同時工作時的噪聲居然比其小的多,、兩臺發(fā)動機(jī)的轟油-6還要低,。）因此當(dāng)今民用客機(jī)的發(fā)動機(jī)與作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)已經(jīng)過完全不同，通用性也越來越困難,。在這種情況下就也現(xiàn)了核心機(jī)的概念.

壓氣機(jī),、燃燒室、高壓渦輪組成發(fā)動機(jī)的核心機(jī)
所謂的核心機(jī)就是核心機(jī)是渦扇發(fā)動機(jī)極其重要的組成部分,，包括了發(fā)動機(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,、傳動系統(tǒng)等組成,，核心機(jī)包含了發(fā)動機(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)動機(jī)的大部分總增壓比,，核心機(jī)的重量占到發(fā)動機(jī)重量的40-50%,，在發(fā)動機(jī)研制過程中發(fā)生的80%左右的技術(shù)問題都與核心機(jī)密切相關(guān)，因此發(fā)動機(jī)國家目前多采用利用發(fā)動機(jī)的核心機(jī)來配備不同的低壓系統(tǒng)來發(fā)展軍國,、民用渦扇發(fā)動機(jī),，這里面最典型的例子就是通用電氣公司的F110軍用發(fā)動機(jī)和CFM56民用發(fā)動機(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級壓縮機(jī)、燃料室和單級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)的問題,，為F-16發(fā)動機(jī)多提供一種選擇，通用電氣公司在F101的基礎(chǔ)上開展了戰(zhàn)斗機(jī)衍生型的研制,，主要采用了一個0.76低旁通比,、由2級低壓渦輪驅(qū)動的3級風(fēng)扇、外加一個加力燃料室,，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)動機(jī)的F-16,，美國空軍將前者編號確定為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)展這個系列發(fā)動機(jī)的用途,，以取得最大的效益，而此時法國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)動機(jī)做為下一代窄機(jī)身客機(jī)的動力，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)行合作開發(fā),，經(jīng)過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)動機(jī)打進(jìn)龐大的美國民用客機(jī)發(fā)動機(jī)市場。項(xiàng)目編號定為CFM56（其中CF是通用電氣民用渦扇的縮寫,，而M56代表施奈克瑪?shù)?6個發(fā)動機(jī)項(xiàng)目）,。由于CFM56是基于F101的核心機(jī)增加一個單級、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)美國國防部的要求，通用電氣對其進(jìn)行降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)處理,，即其熱端部件技術(shù)不超過當(dāng)時的民用CF6發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)-由于可以看見發(fā)動機(jī)技術(shù)的困難和重要性,。CFM-56發(fā)動機(jī)最大推力120千牛級，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)的主要動力系統(tǒng),，占據(jù)了當(dāng)今中短程客機(jī)動力系統(tǒng)市場份額的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，另外還成功開辟了軍用市場,，美國空軍賦予其編號F-108-CF-100,，用于美國空軍KC-135空中加油機(jī)的升級，更換后的KC-135的編號為KC-135R,。根據(jù)新一代民用客機(jī)的研制計(jì)劃,，CFM公司又開始了新一代CFM56發(fā)動機(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,。

F-110-GE-129渦扇發(fā)動機(jī)

CFM-56渦扇發(fā)動機(jī)剖面圖，盡管外觀不同,，但其與F-110有同樣的核心機(jī)
我國航空發(fā)動機(jī)專家劉大響曾經(jīng)說過,；與飛機(jī)設(shè)計(jì)水平相比，我國航空發(fā)動機(jī)研制水平更加落后于世界先進(jìn)水平,，和我國飛機(jī)工業(yè)一樣,，以前蘇聯(lián)第一代渦噴發(fā)動機(jī)起步，我國航空發(fā)動機(jī)經(jīng)歷了從修理到仿制,，從單純仿制到測繪仿制,，從仿制到自行研制的過程，但由于種種原因,，我國航空發(fā)動機(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)動機(jī)的能力,，究其原因，主要是當(dāng)時國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力有限,，在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域投放不足,，加上航空發(fā)動機(jī)本身的復(fù)雜及艱難，所以我國自行研制的幾型發(fā)動機(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,，雖然后來從西方引進(jìn)了部分先進(jìn)技術(shù)，如引進(jìn)英國的斯貝MK202渦扇發(fā)動機(jī),，但由于技術(shù)上的差距,，經(jīng)過多年努力才將其消化和吸收，主觀上來講我國長期對航空發(fā)動機(jī)的重要性認(rèn)識不足,，往往將發(fā)動機(jī)做為型號附屬物,，型號上則發(fā)動機(jī)上馬，型號下馬發(fā)動機(jī)隨之下馬,，因此在型號上沒有形成梯次發(fā)展,，缺乏必要的技術(shù)積累。這樣的結(jié)果就是至今我國在作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)動機(jī)方面還受制于人,。

cuijiazi · 發(fā)表于 2009-10-11 10:26:02

國產(chǎn)渦扇-10渦扇發(fā)動機(jī)剛剛成熟

目前國產(chǎn)殲擊機(jī)仍舊依靠AL-31F渦扇發(fā)動機(jī)

從上世紀(jì)80年代起,，我國根據(jù)新型殲擊機(jī)殲-10的配套需要開始研制大推力渦扇發(fā)動機(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),，我國以改進(jìn)三叉戟的名義從美國引進(jìn)兩臺CFM-56發(fā)動機(jī),，然后以火災(zāi)的名義報(bào)損，實(shí)際上進(jìn)行分解,、測繪仿制出了渦扇-10,，筆者認(rèn)為這個說法實(shí)在牽強(qiáng)，我們知道航空發(fā)動機(jī)是一個由上萬個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)幾臺發(fā)動機(jī)根本就不可能破解其中的奧妙的,，當(dāng)然我國大量操作著波音737機(jī)隊(duì),，因此積累和豐富的使用和維護(hù)CFM-56發(fā)動機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)對其核心機(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)動機(jī)成為最可能的選擇。換句話說我國搞C919并不偶然的,，而受到我國航空發(fā)動機(jī)研制水平的制約-在可以預(yù)見的將業(yè)國內(nèi)只能提供這樣水平的發(fā)動機(jī),。當(dāng)然這并不是唯一的原因，國內(nèi)民航目前的主力機(jī)型就是波音737,，本世紀(jì)初我國擁有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，到2020年我國共需要150座客機(jī)近千架,，這是C919最有可能的市場,，也是研制的初衷，這樣其配套的發(fā)動機(jī)就需求就在2000臺以上,，價值數(shù)百億美元,，因此研制大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)對于我國來說的確有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。同樣重要的是還可以解決軍用運(yùn)輸機(jī)的發(fā)動機(jī)問題,，前面說過4臺CFM-56發(fā)動機(jī)已經(jīng)可以驅(qū)動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)，從而解決我國空軍缺乏大型運(yùn)輸機(jī)的問題。甚至可以用于現(xiàn)有伊爾-76飛機(jī)的發(fā)動機(jī)升級,。

中國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)

我國空軍裝備的伊爾-76，采用的是較為落后的D-30KP發(fā)動機(jī)

根據(jù)有關(guān)資料,，我國沈陽航空發(fā)動機(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,，對高壓壓氣進(jìn)行全三維改進(jìn)設(shè)計(jì),，同時進(jìn)一步改善核心機(jī)性能、改進(jìn)設(shè)計(jì)風(fēng)扇/增壓級,、匹配設(shè)計(jì)低壓渦輪,、采用全權(quán)限發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)系統(tǒng)，構(gòu)成我國第一代大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)方案,，其推力為120千牛級,，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%，可以滿足我國中短程客機(jī)和大型軍用運(yùn)輸機(jī)的動力需求,，與此同時在四代發(fā)動機(jī)的核心機(jī)基礎(chǔ)上,，606所還開展了140千牛級的大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的先期技術(shù)攻關(guān)，以滿足C919系列發(fā)展的需要,。

國產(chǎn)大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)已經(jīng)開始臺架試驗(yàn)

但是我們應(yīng)該清醒的認(rèn)識到,，我國航空發(fā)動機(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)動機(jī)應(yīng)該說只能研制出來而已,，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未知數(shù),，這也是為什么近期中商飛要在國際上進(jìn)行發(fā)動機(jī)招標(biāo)原因。當(dāng)然我們也相信隨著我國經(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,，國產(chǎn)客機(jī)肯定會裝上國產(chǎn)“心”

戰(zhàn)神 · 發(fā)表于 2009-10-11 10:46:28

圖片看不到

見習(xí)生小王 · 發(fā)表于 2009-11-11 09:07:02

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

andyany · 發(fā)表于 2013-2-7 17:14:14

支持LZ,，支持國防！

胡宜廣 · 發(fā)表于 2013-3-16 19:55:43

圖片看不到

Evolution · 發(fā)表于 2013-3-20 20:36:03

無圖啊

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