谁来推广c919?

随着C-919国产支线飞机的下线,人们逐渐看到了中国大飞机的希望。但像中国同时在研制的运-20大型运输机,要想彻底掌握大飞机的相关技术,发动机仍然是需要跨越的一道门槛。应该用什么样的技术手段和产品来突破上述壁垒,实现长期以来有“心病”的国产发动机行业国产商用客机的进一步国产化?

D-30KP-2和WS-18A仅用于军事用途。

说起国产大飞机动力,国人最熟悉的是目前装备在国产轰-6K战略轰炸机和运-20大型运输机原型机上的D-30KP-2发动机。作为2000年左右中国自由进口的产品,D-30KP-2和苏联时期几乎所有的产品一样便宜、成熟、可靠。

发动机长5700mm,进气道箱直径1.560mm,总重2668kg。它采用三级轴流风扇、1级轴流高压压气机、12火焰筒组成的环形燃烧室、两级轴流冷却低压涡轮和四级非冷却低压涡轮,总压升比20,空气流量269 kg。

2005年,中俄签约,中国以6543.8+0亿美元购买了34架伊尔-76运输机和3架伊尔-78加油机。结果提前收到钱的俄罗斯把钱用于伊尔-76生产线的搬迁,然后以物价上涨为由拒绝交货。作为补偿,2009年俄罗斯国有武器出口公司向中国出售了55架D-30KP-2,2011,出售了184,共计239架。这些发动机为国产军用飞机的诞生和服役做出了不可替代的贡献,而作为一个追求稳步发展的工业大国,中国早就在考虑这种发动机的国产化。

今年年初,AVIC成发发动机(集团)有限公司(以下简称成发)表示,自某型发动机顺利交付试飞单位后,历时80天,完成了地面安装、试验改装和科研试飞,圆满完成了整个试飞工作。根据2013年5月中国沈阳航天发动机峰会期间曝光的研发动力数据,成发恰好有一款大功率涡扇发动机正在研发中。所以上述消息一出,各路媒体已经决定将这款试飞发动机研究为WS-18A。

根据后来公布的照片,挂载WS-18A的伊尔-76运输机的四个发动机的吊舱大小相同,这表明试飞中的WS-18A与伊尔-76的原D-30KP-2相当接近。此外,新闻中地面安装、试验改装、科研试飞仅用80天就完成的信息显示,该机已安装新发动机,无需改装。综合以上内容,最合理的推断是WS-18A是以D-30KP-2涡扇发动机为样本研制的,甚至参考了仿制的国产型号。

因为D-30KP-2技术不先进,中国很难复制这种发动机,而且进展很顺利。但作为1980投入使用的俄制发动机,性能相当可观,但技术有限。一方面,该机的涵道比仅为2.42,甚至达不到当代大涵道比4的涡扇发动机的下限,使得该机的油耗比俄罗斯新一代涡扇发动机高出近20%。虽然可以推动载重40吨的运输机,但12.5吨的最大推力是不够的,即使用先进的技术提升和减轻运输机,也无法实现载重的根本增加。另一方面,由于当年的技术限制,高压压气机单机增压比低,该机高压压气机达到11,使得发动机支撑系统非常复杂,重量增加。另外,由于该机诞生较早,没有使用主流的数码设备,大量的机械传动部件和老旧的结构不仅增加了发动机的重量,也不利于故障排除。

如果飞机具有作为军用发动机使用自由的优势,那么飞机作为民航客机发动机使用时,噪音大、油耗高、使用寿命短、推力有限等缺点就会暴露出来。因此,该系列发动机只能用于军事用途,不适合安装在C-919一级客机上(使用该发动机的C-919的飞行性能可能仅相当于早期的波音737-200客机)。

LEAP-1C来自美国和法国

目前C-919的样机是CFM国际公司开发的LEAP-1C发动机。这款发动机据说是下一代飞机的改装产品,燃油经济性更好,二氧化碳排放量更低。根据中国商飞公司此前的宣传,这将是中国C919唯一选用的国外起动动力装置。

LEAP-1系列发动机是新一代大涵道比涡扇发动机,由美国通用电气与法国斯奈克玛(赛峰集团)合资的CFM56国际公司研制,用于新一代150-200单通道客机。CFM56是目前该级别客机中应用最广泛的发动机。据相关资料显示,该级别客机约80%采用CFM56涡扇发动机。其总销量达到2万台,飞行小时超过5亿小时。全新设计的LEAP-1系列发动机在关键燃油经济性上比前者高出15%。同时,要在保持维护和使用成本不变的情况下,大幅度降低发动机的排放和噪声,以适应新世纪对客机的要求。

LEAP在开发过程中更多的参考了GE下一代GENX引擎的技术,更好的实现了技术的通用性,降低了开发难度,节约了成本,加快了开发进度。LEAP的核心机是由两级高压涡轮驱动的10高压压气机,其总压比高达50,远超目前CFM-56 25左右的水平。高压涡轮中的叶片采用第三代三维气动设计型线,具有先进的气动特性、高性能材料和先进的冷却技术。

低压涡轮采用新一代三维气动设计。先进的耐高温轻质钛铝金属间化合物材料用于低压涡轮转子叶片。低压涡轮导叶的材料是陶瓷基复合材料(CMC),其质量只有1/2甚至比传统材料轻,但能承受1200℃以上的高温而不需要冷却,易于加工。LEAP的燃油室采用第二代双环预混旋风燃烧室,只在启动和怠速状态下对外室供油。此时燃气流速低,油气比高,燃烧时间长,所以具有启动快,熄火难,排放低的特点。在其它状态下,油同时供给两个燃烧室,这导致更高的燃料燃烧效率、更低的火焰温度、燃烧室出口处更均匀的温度场和更低的污染物排放。

据相关数据显示,LEAP-1可降低油耗16%,二氧化碳排放量16%,氮氧化物排放量不到60%,而且更安静。

LEAP目前有三种型号,分别是空客A320NEO的LEAP-1A,波音B737MAX的LEAP-1B,中国商飞C-919的LEAP-1C。发动机、机舱和反推装置。此外,中国商飞提供的吊架设计为相互连接形成一个整体系统,这将实现更好的空气动力学原理,重量更轻,更容易维护。

CFM国际已经和国内相关单位签署了备忘录,未来有可能在国内建立LEAP-1C的流水线。然而,作为西方航空工业的核心技术,这条装配线一般不包括发动机制造的关键步骤。此外,西方国家禁止中国将这些发动机用于军事目的。如果未来要拓展C-919的其他用途,发展国产和国产电源系统显然势在必行。

本是同根的另一种选择。

除了苏/俄系列发动机,中国在大推力大涵道比涡扇发动机的研制上还有一条技术路线,那就是代表世界发动机先进水平的美国涡扇发动机。早在1972年,中国就参照美国的JT-3D涡扇发动机开始试制国产915涡扇发动机。然而,JT-3D发动机超过了当时中国的技术水平,性能开始落后。虽然用了10年制造了少量发动机,但在80年代的国民经济调整中还是注定要下马。

从65438年到0985年,中国开始引进美制波音737-300,随机引进美法联合研制的CFM56涡扇发动机。因为中国之前长期使用苏制客机,所以根据经验引进了一批CFM56作为替换备用机。没想到CFM56的寿命比苏制产品长很多,购买的备用机也迟迟不出。根据网上的相关消息,考虑到CFM56的核心发动机与美国大推力涡扇发动机f 101/f 110相同,中国随后在该核心发动机的基础上研制了第一台具有自主知识产权的大推力涡扇发动机。经过18年的发展,“太行”涡扇发动机于2005年正式定型,标志着中国正式成为世界上第五个自主研制涡扇发动机的国家。

在国际上,用先进的发动机核心机研制战斗机用大推力涡扇发动机,运输机用大涵道比涡扇发动机,是一种非常划算的方法。美国“太行”发动机的核心发动机先后衍生出B-101B轰炸机的F1、战斗机的F 14/F 16、多用途客机的CFM56。由此看来,利用掌握的太行核心机研制大飞机大涵道比涡扇发动机,可以有效缩短大涵道比涡扇发动机的研制周期,基于太行核心机研制的大涵道比发动机技术水平比俄罗斯D-30KP-2系列领先约10年,性能也完全超越D-30kp-2/2。作为国产大飞机的先进替代动力,在太行基础上研制的大涵道比涡扇发动机无疑是一个性能优良、风险适中的选择。

因为飞机的核心发动机与CFM56关系密切,所以我们也可以从CFM56系列推断出该型发动机的性能。自1974年CFM56系列发动机首次试车以来,* * *已经衍生出2、3、5、7等4个系列28个亚型。考虑到我国研制大涵道比涡扇发动机的目的是替代D-30KP-2作为大飞机的动力,其推力要求自然大于D-30KP-2的12.5t。在CFM56-5B和5C系列发动机中,6种不同改进型号的推力都在12.5吨以上,其中CFM56-5B3的推力高达15吨,自重比D-30KP-2轻300公斤。显然,在“太行”核心发动机基础上研制的大涵道比涡扇发动机,在综合性能上可以超越D-30KP-2,从而使运-20大型运输机实现更大的载荷和更远的航程和续航能力。

这种发动机在网上被称为WS-20,在国内的航空发动机试验平台已经试验了相当长的时间。同时,同样基于CFM56发动机的名为SF-A的涡扇发动机也在研究中。两款发动机在结构上差别不大,甚至可能只是同一款发动机的不同名称。一般认为,其性能可能与新型号的CFM-56涡扇发动机相当或相近,有可能装备在C-919等民航客机上,从而为C-919的军用改装创造了条件。

但这种发动机的性能无法与LEAP-1C相抗衡,因此有消息称中国已经开始了其改进型SF-B,采用了包括宽弦掠复合材料风扇叶片和先进核心发动机在内的新技术,性能可以与LEAP-1C相媲美,至少在2020年后投入使用。C-919的动力将从这三款基于CFM56的新一代发动机中选择。

从CFM56的核心发动机发展出“太行”,再从“太行”的核心发动机发展出类似CFM56的大飞机发动机,必将成为中国航空史上的又一个传奇。

需要更多动力

考虑到疑似WS-20大型涵道涡扇发动机样机至少在WS18A试飞前一年就已安装在中国飞行试验研究院760号伊尔-76运输机上,且至今未听到有关该机试飞的不利消息。可以肯定的是,包括WS-18A和WS-20在内的两型大飞机发动机的试验进展比较顺利,运-20的正式量产型号也有望采用上述发动机。

在这两款发动机中,WS18A主要安装在轰-6K和伊尔-76上,作为运-20试飞和早期量产的动力。除了运-20的量产,WS-20发动机还有一个重要的用途,就是未来将完全国产化的C-965438+。虽然WS-20发动机在故障率、油耗等经济指标上仍会落后于LEAP-1C,但对于军用平台来说,这些问题还是可以克服的。

C-919是一款与美国波音-737吨位、尺寸、性能相近的双发客机,作为军事装备平台的发展潜力与后者基本一致。澳大利亚和美国联合研制“楔尾”预警机,美国自己研制P-8A反潜巡逻机,都是由波音-737系列客机改进而来。在俄罗斯,比波音-737略大的图-214也被改进为电子侦察机。考虑到我国有大量由运-8/运-9改造而成的高技术系列专用飞机,而后者的吨位与C-919基本相当,但飞行性能却远逊一筹,因此由C-919改造而成的各种平台无疑具有广阔的应用前景。

30吨推力的大型涡扇发动机几乎是标配。

唯一不足的是C-919级飞机仍然无法满足中国空军对空中加油机的迫切需求。目前中国空军的主力加油机仍然是数量有限的轰-6空中加油机。据外媒报道,这种飞机只能运输18.5吨油,在各国空中加油机中几乎垫底。伊尔-76改装的伊尔-78加油机可以运输100多吨油,但运输机改装的空中加油机运输效率低,不是加油机的最佳选择。虽然C-919拥有与主流空中加油机相同的客机配置,但由于体积问题,C-919的改进型空中加油机仍然只能运输20吨左右的油料。对于中国空军来说,合适的加油机应该是与A-330/波音-777同级别的远程大型加油机。

但无论是A-330还是波音-777,30吨推力的大型涡扇发动机几乎是标准配置。目前这种发动机只有英美能生产,即使是前苏联研制的最大推力发动机D-18T也只能达到23.5吨的推力。中国要想靠15吨推力的发动机实现空中加油机的梦想,只能建造类似空客A-340的四发飞机(A-340是空客采用成熟的CFM56系列发动机研制的远程宽体客机,以避免大推力发动机的风险),但就像A-340遇到的问题一样,四发油耗过高,多发带来的可靠性优势也被繁重的维修工作所掩盖。

当然,对于军用飞机来说,这种局限性并非不可承受,但综合考虑各方面因素,一台推力更大的涡扇发动机才是解决问题的关键。

虽然国产大型客机发动机验证机研制工作已经全面启动,但要制造出合格推力15t的涡扇发动机,对中国航空工业来说,仍然是一项艰巨的任务。在这种情况下,研发推力超过20吨甚至达到30吨的超大推力涡扇发动机必然是一个漫长而艰巨的过程。