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我心澎湃-国产C919客机为何采用国外发动机  

2009-12-25 21:15:18|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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我国C919客机采用的LEAP-X涡扇发动机

根据21日,我国与法国签署的有关协议,我国航空工业将和CFM国际公司我国建立生产线,组装LEAP-X1C发动机,这条生产线生产的发动机将供我国正在研制的C919型客机使用。

这个消息代表着我国C919型机的发动机已经选定,飞机的研制进度开始加速,而在此前我国曾经展出过为C919配套的SF-A大涵道涡扇发动机,那么LEAP-X1C对于SF-A发动机的有何影响?或者说SF-A未来如何发展,这是许多人关心的问题。

为什么是LEAP-X1C

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CFM56是波音737和A320客机的主要发动机

对于LEAP-X1C有些人可能会觉得比较陌生,如果笔者说CFM-56,许多人可能就会觉得非常熟悉,CFM-56(是由美国通用电气-GE和法国施奈克玛公司联合研制的大涵道比涡扇发动机- GE公司民用涡扇的英文缩写,M56是斯奈克玛公司第56个发动机项目,两者合在一起就成为CFM56),装机的对象以中短程窄体客机为主,自从1979年投放使用以来,已经交付发动机的超过15万台,是波音737和A320两型客机的最主要的发动机,占据相关领域发动机市份额的80%左右,CFM-56的特点就是采用中等循环参数以保持简单的结构和较低的制造和维护费用、燃油经济性。并采用通用核心机和不同低压系统进行系列发展,从而拥有较大的推力范围以适应载机不同改型的需要,同时其可靠性、维修性及寿命比以前的发动机都有较大的提高,其中 CFM-56的维修间隔在15000-20000小时,空中停车率在0.04次/1000小时,在翼寿命达到10000小时。

为确何市场份额,CFM国际公司一直在对CFM-56进行相关的改进,以应对中短程客机在2010年后的发动机更新换代,1998年CFM国际公司推出CFM-56的第一个改进项目:TECH56计划,该计划的目标是;将CFM-56的成本及维修费用降低15-20%,油耗子降低8%,氮氧化物的排放降低50%,噪声降低20分贝左右, 采用的新技术包括有空心宽弦弯掠风扇叶片、压比为15的6级高压压气机、双环腔预旋流燃烧室(TAPS)、锯齿形喷管(使噪声降低3分贝)、高效低成本低压涡轮(零件数减少35%)、低成本控制系统和先进的噪声抑制技术。TECH56计划已经在2004年进行了发动机技术验证,并在新一代的CFM-56-7系列发动机进行了运用,在TECH56项目的基础上,CFM国际公司又启动了LEAP56(前沿航空推进-56)计划,为本世纪新型民用发动机做技术准备。计划目标是除了改善油耗、寿命成本外,把改善环境特性做为一个重点来考虑。具体的技术向有:低的总使用成本(包维修成本);鲁棒设计;继续降低的噪声;先进控制技;改善的系统一体化;轻重结构;先进复台材料风扇片;多电发动机;三维叶轮设计;高可靠性.轻重量、成本附件;新一代的控制统等。根据CFM公司的消息;采用LEAP56技术的第一台全尺寸验证发动机计划于2012年开始,预计2016年完成取证。CFM国际公司表示,这款先进的新型涡扇发动机较之现有的CFM56“技术嵌入”发动机,将减少16%的燃油消耗。该公司表示,一旦该发动机与新的飞机技术相结合,燃油消耗将进一步降低。

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1985年我国西南航空公司和云南航空公司引进新一代波音737客机,配套引进了CFM56发动机,这是我国引进的第一批CFM56,到2008年,我国民航机队操作的CFM56的发动机已经超过1500台,占据了我国民航100-200座客机一半以上的市场,为此CFM公司在我国建立了比较齐全的后勤服务网络,以支持用户的维护、大修等服务,其中最重要的是在四川广汉建立的CFM56发动机维修培训中心,到目前已经培训了近8000名机械师和技术人员,能够为整个亚洲地区的CFM56系列发动机提供维修服务。,我国各航空公司也建立了比较完善的CFM56后勤支援、维护操纵体系和设施,此外CFM国际公司还通过工业合作,如转包发动机零部件生产以及建立子公司来加强其在该市场上的地位。2008年,斯奈克玛苏州有限公司成立,该公司专门为CFM56-5B和-7B发动机生产低压涡轮轴。另外一个合资公司是设在贵阳的斯奈克玛新艺叶片铸造有限公司,专门从事商用飞机发动机涡轮叶片的铸造生产。另外比较重要的就是CFM56国际公司的母公司-法国的施奈克玛与美国的通用电气都与我国有着非常密切的合作关系,前者的子公司透博梅卡从上世纪80年代开始就向我国转让了阿赫耶直升机发动机的生产技术,而我国新研制的ARJ-21客机选择的就是通用电气的CF34涡扇发动机,而CF34正是在CFM56的核心机缩小而成,还有一点就是我国研制的涡扇-10发动机在一定程度也参考了CFM56的核心机,因此SF-A涡扇发动机在技术上与CFM56有很大的近似性,因此在我国不论民航还是航空工业都对CFM56发动机非常熟悉,引进、生产这个型号的发动机是非常自然的事情。

为什么要引进国外发动机

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SF-A的成熟还有待时日

有些人也许要问;既然有国产SF-A涡扇发动机,为什么还要引进、生产国外发动机?我们知道航空发是由上万个零件组成的机器,这个机器要在高温、高压、高速长时间运动,同时还要能够保持高的可靠性、低的油耗、噪声及废气排放标准,这些对于发动机的材料、工艺、装配、生产管理等有着非常严格甚至苛刻要求,而民用发动机的要求比军用发动机更高,如果说航空发动机是工业革命那顶皇冠的话,那么民用航空发动机就是皇冠上那颗发光的宝石,当今能够发射火箭、导弹的国家不在少数,而能够生产航空发动机的国家基本上就是安理会几个常任理事国,这实际上并不是偶然,而是这些国家经济技术实力的反映,在国际民用大推力涡扇发动机基本上被通用电气、普惠、罗罗公司垄断,大英帝国日薄西山,可以放弃飞机工业,即矢志不渝的呵护罗罗公司,而凭借罗罗公司,没人能够轻视英国在世界航空工业中的地位。前苏联尽管拥有克里莫夫、留里卡、索洛维耶夫等几个实力俗的发动机设计局,但在民用大推力涡扇发动机方面比起前三个西方公司也不过尔尔。

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PS-90的水平与西方发动机相比只能用平平来形容

至于我国航空发动机研制单位的实力恐怕比俄罗斯那几个发动机设计局还有差距,我国也刚刚突破小涵道比涡扇发动机,并且在可靠性等方面还有待完善,大涵道比涡扇发动机项目则起步不久,通过先期研究和论证,建立了大涵道比涡扇发动机验证平台,开启了技术研究和整机集成的验证,但是由于民用大推力涡扇发动机机在安全性、经济性、可靠性及环境等方面的突出要求,使国产发动机面临着陡峭技术台阶和复杂系统工程的挑战,需要广泛的技术研究和长期的技术积累,也需巨额的资金投入。根据国外的经验,研制一型100千牛级的民用大推力涡扇发动机需要的经费大约在10亿美元左右,正是因为这样当年施奈克玛才和通用电气联合研制CFM56发动机,目的就是风险共承,成本共担。

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俄罗斯新型民用涡扇发动机也与西方合作,图为俄法联合研制SAM-146发动机

另外,发展民机发动机的还涉及到国际通行的各种适航标准将这些适航标准分解到具体型号方案设计、技术设计、部件试验研究及整机集成等各个研制环节的支持标准或规范。支持标准或规范牵涉到整个研制体系,包括研制流程、设计要求、设计体系、技术途径等,这些决定着产品最终水平和质量。所以要求对国际适航标准进行深入研究,广泛收集分析和总结国内外已有型号经验,结合所研制的具体中短程飞机发动机方案,提炼成可供操作的具体型号的支持标准或规范。所有的这些都对我国相关单位是严峻的考验,由于我国民用航空发动机基础薄弱,要想达到这些目标短期内恐怕难以实现,而根据国外经验,发动机的研制过程要走过部件先期预研-核心机-验证机-整机试验这一系过程,这个过程需要经历需经过设计、试验、修正设计、再试验、再修正的过程,以把设计中存在的薄弱环节和不足加以暴露和改进,直至使发动机达到使用要求。即使发动机研制出来,其是否成熟还有待实用来证实,比如F100号称第一种为三代机配套的先进涡扇发动机,但在实用中即暴露出种种问题,结果让F-15成了“机库皇后”。民用发动机的可靠性比军用发动机要求更高,尽管有消息说C919有一架原型机可能会采用国产SF-A涡扇发动机进行试飞,但可能国产发动机要经过一个较长时间的测试来能进入实用。在这种情况下选择国外发动机作为启动发动机显然是理所当然的事情。

国产发动机如何发展

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P-8A反潜机,未来C919也可以发展出类似的型号,为国产发动机成熟提供平台

既然国产发动机短期内无法在国产客机得到运用,那么其如何发展,笔者认为有关部门提出的国产发动机发展“军民结合”是一个有效的途径,实际上国外相关发动机也往往采用相同的发展平台,仅少量技术不同。CFM56-2,CF6-80C等型号平台既用于民机,又用于军机(两者仅有少量的改动)。又如美国C-17军用战略运输机的发动机 F117-PW100 是美空军给 PW2040 的编号,它与民用 PW2040 的区别仅在于F117采用钛合金风扇机匣和复合材料的风扇出口导流叶片,增加了一个第二液压泵,高压压气机第17级增设放气口和分叉管座。军民结合对积累适航经验,考核可靠性、寿命等具有重要意义。

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空警-2000仍旧采用小涵道比涡扇发动机,需要更新

我国未来大涵道比涡扇发动机也可以采用类似的方法,即采满足国产军用大运配套发动机、现有伊尔-76运输机的发动机升级换代用。另外国产空警-2000预警机改装后飞行高度和速度都有所降低,也需要更换发动机,通过这些飞机的实际运用,可以让国产发动机得到较好实用经验和数据,暴露设计、制造的问题,从而可以进行更好的修改和改进,同时采用国产发动机的客机也可以扩展自己的军用用途来验证自己的可靠性,目前与C919相当的大小的波音737已经被改装成反潜巡逻机、预警机。我国目前固定翼反潜机数量和质量都不足,因此可以采用C919客机为平台改装反潜机,满足海军的对抗日益增长周边潜艇威胁的需要,另外还可以采用国内成熟的空中预警雷达、任务系统改装中型预警机用于大型空中预警机的配套。如果以C919改装的特种飞机在使用能够保持较高的可靠性的安全性的话,那么到时采用国产发动机的C919推向市场的时候,其显然拥有更大的竞争能力和说服力。

百年航空

百年航空,任何航空工业的从发展到成熟,都要经过长时间探索和奋斗,对于国产航空发动机来说,可以说任重而道远,不过我们相信,随着国家综合经济技术实力的不断提高,国产航空发动机的前景将会越来越光明!

更多精彩,请关注网易军事频道!

参考资料:

1、成功的国际合作项目-CFM56发动机

2、国内外民用发动机的发展

3、本文配图来源于网上,权利归作者所有

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采用CFM-56发动机的KC-135R空中加油机

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采用CFM-56的E-3空中预警机

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采用CFM-56发动机的E-737预警机

 

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