喜讯!国产航空发动机获突破,为什么要打破发达国家技术垄断?

喜讯!国产航空发动机获突破,为什么要打破发达国家技术垄断

找了一下最近的新闻,关于国产航空发动机获得重大突破,也只有关于长江-1000A和航空发动机涡轮叶片涂层获得重大突破的新闻。央视新闻早前报道,中国商用发动机公司早就突破多项关键技术,研发出了可替代的飞机发动机长江-1000A(CJ1000A)。不过这还不算是长江-1000A发动机的定型装备,而研制这款发动机就是为了替代C919搭载的是的CFMI LEAP-1C发动机,因为这款发动机就是由美国的通用电气和法国的赛峰平股合资公司CFM国际研制生产,虽然都可能给我们断供。

另一则消息是来自于光明网5月25日报道,我国航空发动机涡轮叶片涂层获得重大突破,远科秦皇岛节能科技开发有限公司,刻苦攻关,历时一年多,研制成功一项富勒烯高温耐磨薄膜技术,可使航空发动机叶片耐高温2100K氏度(注意:2100 K氏度大约是1827度),使用寿命达到2000小时,填补了该领域国内技术空白,一举打破国际垄断。

对于这两则新闻显然后者更算重磅,毕竟发动机的核心问题就在于材料和应用问题。我们在耐高温材料领域,始终没有突破瓶颈,始终让发动机的性能受制于技术和材料的突破。耐高温薄膜技术应用于发动机的涡轮叶片,这对于打破西方的技术封锁绝对是重大突破。目前我国的涡扇10发动机的涡前温度是1747K,涡扇15发动机的涡前温度是1900K。

显然能够承受2100K的温度,就意味着我们的航空材料又上了一个新台阶。我们再来看看航空工业实力最强的美国,它们应用在f22和f35战机上的两款发动机。F119和F135这两款发动机采用相同的核心机,涡轮温度为1577~1677摄氏度(约合1850K~1950K)。另一种说法是1700摄氏度(约合1970K)。

按照美国发动机的超强实力,后一种说法可能更加接近真实,毕竟对于这样的信息美国也是相对保密。那么就意味着我们能够将温度提高到2100K,这已经超越了美国发动机核心机的涡轮前温度。在航空届当中,涡前温度每提升100度,发动机的热效率可以提升8%,推力可以增加15%到20%。如果这样的叶片真的能够承受2100K,如果用在WS-15发动机上,则意味着我们可以将推力提高到20吨(原有数据是18吨)。

国产大客机C919和CR929,发动机成最大瓶颈,自主动力能顶上吗?

国产大客机C919和CR929,发动机成最大瓶颈,自主动力能顶上吗

确实,航空发动机受制于人,也就是国产大客机的心脏被国外抓着。没有了心脏,那是肯定飞不起来的。就如今的情况来看,C-919的发动机并没有被限制,仍然可以从CFM公司买到。而CR-929的发动机更有多种选择,基本上也不存在被限制的情况。不过,能用国产航空发动机那最好了,是根本不会被国外卡脖子的。但是,现阶段,无论是C-919,还是CR-929的航空发动机,都无法使用国产的。

毕竟,两种航空发动机还在研发之中。但是,C-919客机发动机的国产化替代工作近在咫尺,而CR-929客机的发动机的国产化替代工作要比C-919慢一些,最终都是可以顶上的。C-919客机所用的航空发动机有两种选择,分别是:进口CFM的LEAP-1C,国产的长江-1000A。CR-929客机所用的航空发动机有四种选择,分别是:进口罗罗公司的瑞达1000,UEC公司的PD-35,中乌两国联合的AI-38,国产的长江-2000AX。

C-919客机选择LEAP-1C航空发动机的原因在2021年11月5日,商飞与CFM国际签署了购买19架份的LEAP-1C航空发动机以及短舱,并用于C-919客机。这也就是说,C-919客机的发动机并没有被限制,仍然可以大量的引进。不过在诸多航空发动机中选择了LEAP-1C,还是有深层次的考量。要知道CFM公司是由美国通用,和法国赛峰联合成立的。

那么选择LEAP-1C航空发动机,基本上也就是为了欧美的试航证考虑。对于波音和空客来说,平白无故多了一个竞争对手,那它们在全球的份额自然就少了,同时所赚的钱也就少了。由此可见,欧美很有可能会卡C-919客机的试航证,这对于欧美来说是家常便饭,丝毫没有什么意外。不过,当C-919客机要安装LEAP-1C航空发动机时,情况就变的不一样了。

其一:通过出口LEAP-1航空发动机,依然可以赚到钱。其二:C-919毕竟是新飞机,在竞争力上,短时间也难以超过A320和波音737。看到可以赚钱的份上,在试航证上,欧美或许不会有过多的刁难。LEAP-1C航空发动机LEAP-1C型航空发动机的长度为4.5米,直径为2.66米,重量为3.9吨。发动机风扇叶片的直径为1.96米,涵道比11:1,总压比40:1,推力12.4吨~13.4吨之间。

毕竟LEAP-1C航空发动机属于现成品,且成熟可靠。据统计,截止到2021年9月,LEAP-1A航空发动机的飞行时间,在我国已经突破了200万小时,并且保持着零空停的可靠性纪录。此外LEAP系列航空发动机,在全球累计飞行时间,已经超过了1300万小时,且空中停车率是0.04次/1000小时。由此可见,LEAP-1航空发动机的可靠性,还是比较高的。

那么,C-919选择LEAP-1C,应该也有这方面的考虑。长江-1000A航空发动机长江-1000A航空发动机的直径为1.95米,长度为3.29米,推力在13.5吨上下。长江-1000A航空发动机采用小展弦比三维宽弦空心叶片,叶片材料为TC4钛合金。该钛合金的密度为4.51克/立方厘米,强度为1.012Gpa。

叶片内部是“瓦伦”空心结构,采用超塑成形/扩散连接工艺,风扇机匣采用硬壁包容设计。长江-1000A航空发动机的结构为“1级风扇,3级增压级,10级高压压气机,单环形燃烧室,2级高压涡轮,7级低压涡轮”。并且采用了全三维气动设计,贫油预混燃烧,主动间隙控制等先进技术。以及宽弦空心风扇叶片,整体叶盘,新一代单晶耐高温合金,粉末冶金涡轮盘等先进材料和工艺。

在以上这些技术和工艺的加成下,使得长江-1000A航空发动机具有高效率,低燃油消耗,低排放,低噪音,高可靠性,长使用寿命,低维护成本,良好的维修性等优点。长江-1000A航空发动机的发展历程一般来说,国内航空发动机的研制要经过“论证阶段,方案阶段,工程研制阶段,设计定型阶段,生产定型阶段”也就是说,首先要突破长江-1000A航空发动机核心机的材料难关,也就是制造出“高压压气机,燃烧室,高压涡轮”这三大部件,并且组装完成。

然后安装前端风扇,低压压气机,低压涡轮,尾喷管等冷端部件。最后组装成一个完整的航空发动机,也就是常说的技术验证机。紧接着这台技术验证机,就要进行地面和高空台模拟试验。用于验证发动机的总体设计,气动结构等方面的性能。并查找缺陷,进行完善和改进。随后进入工程研制阶段,既研制工程样机,进行挂飞试验,在高空环境下测试发动机性能。

最后如果一切顺利,长江-1000A航空发动机,就可以装上配套飞机进行实际运用试飞,设计定型或者取得适适航证之后就可以投入使用。目前来看,长江-1000A航空发动机在2017年完成了核心机的点火,并达到了100%转速。在2018年整机启动成功,在随后试验之中达到预定转速。最近的则是,在2022年前1月10日,有消息透漏,长江-1000A航空发动机已经进入了项目审定阶段。

最快预计在2023年,就可以装上C919客机使用了。由此可见,长江-1000A航空发动机是可以取代,LEAP-1C航空发动机成为C-919客机所用的航空发动机。毕竟长江-1000A航空发动机是为C-919客机量身打造的。CR-929客机所用的航空发动机目前来看,CR-929客机的航空发动机有4种选择。

现成的航空发动机,也就只有被空客A350使用的瑞达1000航空发动机。其它的如俄制PD-35航空发动机,国产长江-2000AX航空发动机,中乌联合研制的AI-38航空发动机。都处于研发阶段,距离实用还有一段很长的路要走。瑞达1000航空发动机瑞达1000航空发动机是由英国罗罗公司研发的,该发动机主要被波音-787大型客机使用。

其风扇直径为2.84米,涵道比为10:1,总压比为42:1,推力为35.38吨。PD-35航空发动机不过进度最快的也就是俄制PD-35航空发动机,该航空发动机于2016年开始研发,在2021年完成了核心机的测试,在2022年完成了气体发生器样机的组装。在具体技术上,还可以使用3D打印来进行发动机配件的生产工作。

如此一来,就可以加快该航空发动机的研发进度。尽管如此,PD-35距离装机使用还有不短的距离。PD-35航空发动机的推力,预计在24吨~40吨之间,采用了增材制造技术,也使用了轻质材料,耐热涂层,数字设计等诸多先进工艺。AI-38航空发动机而AI-38航空发动机,也就是安-124运输机所用的D-18T航空发动机的升级版,其推力为23.4吨。

那么,经过升级之后的AI-38航空发动机的推力是可以超过30吨的,毕竟要用于CR-929的话,推力小于30吨也不够的。长江-2000AX航空发动机长江-2000AX航空发动机是我国商发研制的,其风扇直径达到了3米,据称其推力可以超过35吨。长江-2000AX的发展历程在2020年3月,长江-2000AX航空发动机的核心机就已经完成了“点火”。

此时,长江-2000AX航空发动机核心机的代号为C2XC-101。而到了2020年8月份,商发就展开了长江-2000AX验证机,低压部件遥测系统硬件配置的招标工作。这意味着长江-2000AX发动机已经进入验证机试车阶段。根据目前长江-2000AX航空发动机的进展来看,其已经快要进入工程研制阶段,距离上高空台和挂机试飞也没多久了。

只要这两个步骤完成之后,就可以小批量投产。那么,距离量产也就不远了。初步预计的是,长江-2000AX航空发动机,在2025年就可以被研制出来。综合来看,长江-1000A航空发动机完全具备替代LEAP-1C航空发动机的实力,即便由于某些原因,无法进口LEAP-1C航空发动机时,长江-1000A航空发动机是完全可以堪用的。

有了长江-1000A,C-919客机最重要的心脏就可以免于受到国外的限制,自主权完全掌握在自己手中。而长江-2000AX航空发动机的进展,要比长江-1000A稍慢,这也在情理之中。毕竟有了研发C-919的经验之后,其中走过的弯路,在CR-929上就可以避免,也为CR-929的快速研发打下了基础。无论如何,在大客机上,国产航空发动机,是必然要顶上去的,只不过是时间问题。


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