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居者无其屋:国产航空发动机的短舱之困

 

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居者无其屋:国产航空发动机的短舱之困




  原标题

  是什么卡了我们的脖子――

  居者无其屋,国产航空发动机的短舱之困

  本报记者 矫 阳

  短舱,是飞机上安放发动机的舱室,俗称“房子”,模样类似整流罩,主要由发动机进气道、整流罩和尾喷口组成,起整流、降噪、保护和为安装发动机部分附件提供平台的作用。

  “与人们熟知的在高温、高压、高速等极端工况下工作的航空发动机热端部件相比,短舱属于‘低温部件’技术,是航空推进系统最重要的核心部件之一,所需的技术难度极高。其成本约占全部发动机的1/4左右。”北京天骄航空产业投资有限公司国家“千人计划”专家王光秋博士说。

  目前,新一代大涵道比航空发动机短舱,主要由航空业顶级制造商美国古德里奇提供,包括波音787和空客A350/A320neo等,也包括庞巴迪C系列和巴西航空公司的E系列支线飞机。美国GE与法国赛风合资的奈赛公司也是一家短舱供应商,向用于B737、A330等飞机的推进系统提供短舱。而我国在这一重要领域尚属空白。

  “户型”越大难度越高

  “短舱需要将发动机包覆,使整个动力系统外部有良好的气动外形,以减少飞行阻力;其进气道还要具有防、除冰的能力。在整个飞行包线内,要保护发动机不受干扰正常工作;在地面,需要做到方便发动机的维护和维修。”王光秋介绍说,一旦短舱有损,飞行中可能会引起发动机严重事故。

  短舱是一套极为复杂的集成系统,开发、生产和供应都需要多年的经验,短舱越大技术难度越高。比如,发动机推力越大,其直径越大,短舱面积也必然增加,势必会加大气动阻力,影响飞行效率。

  要减少面积增大带来的阻力,必须从设计、材料和工艺上动脑筋。波音787使用的发动机最大推力约为30吨,短舱是一个“大户型”,表面积约为六七十平方米。而这个“大户型”短舱是一个综合技术水平极高的复杂系统。

  “进气道外罩为钛合金,内部支撑结构为碳纤维复合材料,风扇罩为带有降噪衬套的复材蜂窝夹层结构。”王光秋说,这个短舱系统不仅引入了新一代高载荷、高效叶栅式反推装置,还首创设计了具有30%的层流面积,以减小阻力。此外,钛合金排气尾喷管锯齿边设计也是创新技术,可在巡航状态下有效减低噪声,提高乘客舒适度。

  两家公司建了所有发动机的“房子”

  作为发动机核心设备,短舱涉及飞机性能、操作安全性、系统可靠性、重量、成本和环保相关的关键航空技术。

  世界上能研制民用大涵道比发动机的共有3家公司,美国GE、普惠和英国的罗罗,而能独立研制高推力大涵道比涡扇发动机短舱的公司仅有两家,这就是美国古德里奇公司和GE赛峰合资的奈赛公司。

  “可以说,主要是这两家公司建了所有发动机的‘房子’。”王光秋说。古德里奇声称,他们研制的短舱可靠性为99.9%。

  再说说占短舱成本一半的反推装置。

  “飞机安全起降需要超长跑道,但经济效益不好。缩短飞机滑跑距离,遂成为发动机追求的目标。”王光秋说,这便是反推装置的功劳。

  反推装置,通过改变发动机正常气流方向,当大于90°折转时,使正常推力反向产生推力分量,达到飞机减速目的。“这项技术涉及的力学原理不复杂,但反推装置的机械结构和控制系统十分复杂,可靠性要求极高。”王光秋说。

  CJ-1000A将住谁的“房子”

  查C919参数,其选配的是CFM(通用与赛峰合资公司)的LEAP-1C发动机。

  LEAP-1C短舱“户型”独一无二,由奈赛在中国成立的一家合资公司提供。LEAP-1C短舱的设计为世界首创,相关资料显示,这种独特的一体式结构,以及O型涵道反推装置系统,能减轻重量、提高反推效率,并便于发动机维护。

  伴随C919项目的推进,国产发动机项目也紧锣密鼓。2017年底,CJ-1000AX首台整机在上海完成装配,并进入验证期。验证机直径1.95米,长3.29米。包含风扇/增压级、核心机、低压涡轮和附件传动机匣装置,由近35000个零组件组成。这台初生的国产发动机仍是热力技术部件,尚无与之匹配的短舱。

  CJ-1000A将住谁的“房子”?查阅所有公开资料,我国尚无自主研制短舱的专门机构,相关院校似乎也没有设置相关的学科。

  一代发动机产品从最初技术预研、立项,到定型批产,至少需要15到20年。“让具有自主知识产权的CJ-1000A发动机住进自己的‘房子’,或是将来的最佳选择。”王光秋说。



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