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淺析C919選定的LEAP-X1C發動機與中國軍用發動機(組圖)

(2011-03-10 11:35:36) 下一個

12月21日,中法簽署協議,確定在國內建立生產線組裝CFM國際公司的LEAP-X1C發動機,以供正在研製的國產C919大型客機使用。這個消息代表著中國C919型機的發動機已經選定,而之前中國曾展出過為C919配套的SF-A大涵道渦扇發動機,那麽LEAP-X1C對於SF-A發動機的有何影響?

CFM56發動機在其推力範圍內,共占據了全球約88%的市場。

CFM-56渦扇發動機

對於LEAP-X1C有些人可能會覺得比較陌生,如果筆者說CFM-56,許多人可能就會覺得非常熟悉。CFM-56(是由美國通用電氣-GE和法國施奈克瑪公司聯合研製的大涵道比渦扇發動機- GE公司民用渦扇的英文縮寫,M56是斯奈克瑪公司第56個發動機項目,兩者合在一起就成為CFM56),裝機的對象以中短程窄體客機為主,自從1979年投放使用以來,已經交付發動機的超過15萬台,是波音737和A320兩型客機的最主要的發動機,占據相關領域發動機市份額的80%左右。

CFM-56的特點就是采用中等循環參數以保持簡單的結構和較低的製造和維護費用、燃油經濟性。並采用通用核心機和不同低壓係統進行係列發展,從而擁有較大的推力範圍以適應載機不同改型的需要,同時其可靠性、維修性及壽命比以前的發動機都有較大的提高。CFM-56的維修間隔在15000-20000小時,空中停車率在0.04次/1000小時,在翼壽命達到10000小時。這種高可靠性,保證了該發動機使用上的經濟性。

CFM56改進後油耗大為降低,並在CFM-56-7進行了運用。

CFM-56的改進

為了確保市場份額,CFM國際公司一直在對CFM-56進行相關的改進,以應對中短程客機在2010年後的發動機更新換代。1998年CFM國際公司推出CFM-56的第一個改進項目:TECH56計劃,該計劃的目標是:將CFM-56的成本及維修費用降低15-20%,油耗子降低8%,氮氧化物的排放降低50%,噪聲降低20分貝左右。

采用的新技術包括有空心寬弦彎掠風扇葉片、壓比為15的6級高壓壓氣機、雙環腔預旋流燃燒室(TAPS)、鋸齒形噴管(使噪聲降低3分貝)、高效低成本低壓渦輪(零件數減少35%)、低成本控製係統和先進的噪聲抑製技術。TECH56計劃已經在2004年進行了發動機技術驗證,並在新一代的CFM-56-7係列發動機進行了運用。

>LEAP-X1C號稱是世界第一種第三代民用航空發動機。

LEAP-X1C將具備更好的經濟性

在TECH56項目的基礎上,CFM國際公司又啟動了LEAP56(前沿航空推進-56)計劃,為本世紀新型民用發動機做技術準備。計劃目標是除了改善油耗、壽命成本外,把改善環境特性做為一個重點來考慮。具體的技術向有:低的總使用成本(包維修成本);魯棒設計;繼續降低的噪聲;先進控製技;改善的係統一體化;輕重結構;先進複台材料風扇片;多電發動機;三維葉輪設計;高可靠性.輕重量、成本附件;新一代的控製統等。

根據CFM公司的消息;采用LEAP56技術的第一台全尺寸驗證發動機計劃於2012年開始,預計2016年完成取證。CFM國際公司表示,這款先進的新型渦扇發動機較之現有的CFM56“技術嵌入”發動機,將減少16%的燃油消耗。該公司表示,一旦該發動機與新的飛機技術相結合,燃油消耗將進一步降低。

可以預見,國產C919幹線客機將會麵臨波音、空客兩大航空巨頭的強力擠壓。民航市場最關心的是飛機在使用上的經濟性、安全性。C919要突破市場壁壘,采用成熟可靠、經濟性好的外國發動機是必然選擇。

中國國際航空公司波音737起飛,中國是CFM56的大用戶。

占領發動機市場的半壁江山

1985年中國西南航空公司和雲南航空公司引進新一代波音737客機,配套引進了CFM56發動機,這是中國引進的第一批CFM56。到2008年,中國民航機隊操作的CFM56的發動機已經超過1500台,占據了中國民航100-200座客機一半以上的市場。為此,CFM公司在中國建立了比較齊全的後勤服務網絡,以支持用戶的維護、大修等服務。其中最重要的是在四川廣漢建立的CFM56發動機維修培訓中心,到目前已經培訓了近8000名機械師和技術人員,能夠為整個亞洲地區的CFM56係列發動機提供維修服務。中國各航空公司也建立了比較完善的CFM56後勤支援、維護操縱體係和設施。

CFM公司與中國的工業合作

此外,CFM國際公司還通過工業合作,如轉包發動機零部件生產以及建立子公司來加強其在該市場上的地位。2008年,斯奈克瑪蘇州有限公司成立,該公司專門為CFM56-5B和-7B發動機生產低壓渦輪軸。另外一個合資公司是設在貴陽的斯奈克瑪新藝葉片鑄造有限公司,專門從事商用飛機發動機渦輪葉片的鑄造生產。

中國空軍殲11裝渦扇-10發動機最新試飛照。

另外比較重要的就是CFM56國際公司的母公司-法國的施奈克瑪與美國的通用電氣都與中國有著非常密切的合作關係,前者的子公司透博梅卡從上世紀80年代開始就向中國轉讓了阿赫耶直升機發動機的生產技術。而中國新研製的ARJ-21客機選擇的就是通用電氣的CF-34渦扇發動機,而CF-34正是在CFM-56的核心機縮小而成。

CFM-56與太行、SF-A發動機

還有一點就是,中國研製的WS-10“太行”發動機(殲11B戰鬥機所用的發動機)在一定程度也參考了CFM56的核心機。自研的SF-A大涵道渦扇發動機在技術上與CFM56有很大的近似性。因此,在中國不論民航、還是航空工業都對CFM56發動機非常熟悉,引進、生產這個型號的發動機是非常自然的事情。

光潔的表麵、迷宮版的管路,展現了航空發動機的複雜性。

有些人也許要問;既然有國產SF-A渦扇發動機,為什麽還要引進、生產國外發動機?

航空發動機:工業革命皇冠上的寶石

我們知道航空發是由上萬個零件組成的機器,這個機器要在高溫、高壓、高速長時間運動,同時還要能夠保持高的可靠性、低的油耗、噪聲及廢氣排放標準,這些對於發動機的材料、工藝、裝配、生產管理等有著非常嚴格甚至苛刻要求。

民用發動機的要求比軍用發動機更高,如果說航空發動機是工業革命那頂皇冠的話,那麽民用航空發動機就是皇冠上那顆發光的寶石。當今能夠發射火箭、導彈的國家不在少數,而能夠生產航空發動機的國家基本上就是安理會幾個常任理事國。這實際上並不是偶然,而是這些國家經濟技術實力的反映。

俄最新的PS90發動機與西方發動機相比隻能用平平來形容。

在國際上,民用大推力渦扇發動機基本上被通用電氣、普惠、羅羅公司壟斷。大英帝國日薄西山,可以放棄飛機工業,但卻矢誌不渝的嗬護羅羅公司,因為憑借羅羅公司,就沒人能夠輕視英國在世界航空工業中的地位。前蘇聯盡管擁有克裏莫夫、留裏卡、索洛維耶夫等幾個實力不俗的發動機設計局,但在民用大推力渦扇發動機方麵比起前三個西方公司也不過爾爾。

至於中國航空發動機研製單位的實力恐怕比俄羅斯那幾個發動機設計局還有差距,中國也剛剛突破小涵道比渦扇發動機,並且在可靠性等方麵還有待完善,大涵道比渦扇發動機項目則起步不久。通過先期研究和論證,建立了大涵道比渦扇發動機驗證平台,開啟了技術研究和整機集成的驗證。

GE承擔了CFM56的核心機研製,而施奈克瑪研製其他部分。

中國短期內無法提供民用渦扇發動機

但是,由於民用大推力渦扇發動機機在安全性、經濟性、可靠性及環境等方麵的突出要求,使國產發動機麵臨著陡峭技術台階和複雜係統工程的挑戰,需要廣泛的技術研究和長期的技術積累,也需巨額的資金投入。根據國外的經驗,研製一型100千牛級的民用大推力渦扇發動機需要的經費大約在10億美元左右,正是因為這樣當年施奈克瑪才和通用電氣聯合研製CFM56發動機,目的就是風險共承,成本共擔。

另外,發展民機發動機的還涉及到國際通行的各種適航標準將這些適航標準分解到具體型號方案設計、技術設計、部件試驗研究及整機集成等各個研製環節的支持標準或規範。支持標準或規範牽涉到整個研製體係,包括研製流程、設計要求、設計體係、技術途徑等,這些決定著產品最終水平和質量。所以要求對國際適航標準進行深入研究,廣泛收集分析和總結國內外已有型號經驗,結合所研製的具體中短程飛機發動機方案,提煉成可供操作的具體型號的支持標準或規範。

F100發動機剛開始很不可靠,多年反複修正後才走出低穀。

所有的這些都對中國相關單位是嚴峻的考驗,由於中國民用航空發動機基礎薄弱,要想達到這些目標短期內恐怕難以實現。根據國外經驗,發動機的研製過程要走過部件先期預研-核心機-驗證機-整機試驗這一係過程,這個過程需要經曆需經過設計、試驗、修正設計、再試驗、再修正的過程,以把設計中存在的薄弱環節和不足加以暴露和改進,直至使發動機達到使用要求。即使發動機研製出來,其是否成熟還有待實用來證實,比如F100號稱第一種為三代機配套的先進渦扇發動機,但在實用中即暴露出種種問題,結果讓F-15成了“機庫皇後”。

民用發動機的可靠性比軍用發動機要求更高。盡管有消息說C919有一架原型機可能會采用國產SF-A渦扇發動機進行試飛,但可能國產發動機要經過一個較長時間的測試來能進入實用。

在這種情況下選擇國外發動機作為啟動發動機顯然是理所當然的事情。

E-3空中預警機采用的也是CFM-56發動機。

大涵道渦扇發動機軍民用界線模糊

既然國產發動機短期內無法在國產客機得到運用,那麽其如何發展?筆者認為有關部門提出的國產發動機發展“軍民結合”是一個有效的途徑。實際上國外相關的軍民用發動機也往往采用相同的發展平台,僅少量技術不同。

例如,CFM56-2,CF6-80C等型號平台既用於民機,又用於軍機(兩者僅有少量的改動)。又如美國C-17軍用戰略運輸機的發動機F117-PW100是美空軍給PW2040的編號,它與民用PW2040的區別僅在於F117采用鈦合金風扇機匣和複合材料的風扇出口導流葉片,增加了一個第二液壓泵,高壓壓氣機第17級增設放氣口和分叉管座。軍民結合對積累適航經驗,考核可靠性、壽命等具有重要意義。

軍民用大飛機、發動機可以互相促進

中國未來大涵道比渦扇發動機也可以采用類似的方法。即采滿足國產軍用大運配套的國產發動機、供現有伊爾-76運輸機的發動機升級換代用。另外國產空警-2000預警機改裝後飛行高度和速度都有所降低,也需要更換發動機。

空警-2000仍舊采用小涵道比渦扇發動機,需要更新。

通過這些軍用飛機的實際運用,可以讓國產發動機得到較好實用經驗和數據,暴露設計、製造的問題,從而可以進行更好的修改和改進。

同時采用國產發動機的客機也可以擴展自己的軍用用途來驗證自己的可靠性。目前與C919相當的大小的波音737已經被改裝成反潛巡邏機、預警機。中國固定翼反潛機數量和質量都不足,因此可以采用C919客機為平台改裝反潛機,滿足海軍的對抗日益增長周邊潛艇威脅的需要。另外還可以采用國內成熟的空中預警雷達、任務係統改裝中型預警機用於大型空中預警機的配套。如果以C919改裝的軍用特種飛機在使用能夠保持較高的可靠性的安全性的話,那麽到時采用國產發動機的C919推向市場的時候,其顯然擁有更大的競爭能力和說服力。

美國第一代噴氣式客機波音707的前身就是美國空軍的KC-135空中加油機。KC-135在軍用上的成功,使波音公司向民用市場推出波音707時,具備了極強的說服力。

百年航空,任何航空工業的從發展到成熟,都必須經過長時間探索和奮鬥。相對於作為領導人專機的運10,以市場需求為根本出發點的C919無疑更具科學性、可行性。經過多年的狂熱和沉寂,中國的大飛機工業重新起步,ARJ支線客機、C919幹線客機兩個項目是不錯的開局。如果C919幹線客機能獲得成功,並促成國產大涵道渦扇發動機的成熟,相信未來的中國民用航空工業在國際上會有一席之地。

作者:小飛豬






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