中國航發大推力發動機深度報告:CJ1000A預計2023年裝機C919試飛

2020-12-14 丁氏雜談

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導讀:

長江發動機是中國大推力發動機,長江就意味著源源不斷的澎湃動力。

CJ1000A是長江發動機的第一型發動機,也是第一款國產商用大推力發動機,也是國產大飛機C919的國產發動機,涵道比約為9,推力13-14噸。對標的是通用公司的LEAP-1C發動機,LEAP-1A和B型分別是A320系列與波音737系列使用的發動機,LEAP是國際上典型的第四代大推力發動機。

進口與國產雙管齊下,為C919保駕護航

讓自己的國產大飛機翱翔在藍天,這是每一個航空人的目標。

運-20實現了第一步,作為國產的第一款大飛機運-20鯤鵬展翅,一飛沖天,正式揭開了中國國產大飛機的序幕。

但是運-20畢竟是一款軍用大飛機,與民用大飛機的要求還是有些不同,比如安全,油耗,壽命等等,因為要為幾百個人的生命負責,這也就造成了大飛機製造非常難,零部件幾十萬個,組裝起來還要不斷測試,測試的數據更是成千上萬,然後還要一個一個民航局拿到適航證,才能運營交付。

大飛機的製造難度之大,看看國際上的航空飛機製造商就知道了,波音和空客壟斷了大中型民航客機的市場,巴西航空和龐巴迪航空只是在支線市場和公務機市場小有作為,即便如此,隨著波音和空客進軍支線市場,巴西航空和龐巴迪航空已經難以為繼,只好尋求合作。

大飛機製造太難了,但是即便再難,我們也一定要讓國產的大飛機翱翔在藍天。

想讓國產的大飛機翱翔到藍天,除了數量眾多的零部件之外,還需要大飛機的核心,大推力發動機。

而這些對於中國來說都是一片空白的,即便是大飛機的製造經驗當時也沒有,因為運-20也是在2013年首飛,使用的是俄羅斯的D-30KP-2發動機,C919是在2017年首飛,使用的是CFM公司通過LEAP-1C發動機。

因此C919並沒有參考多少運-20大飛機的設計經驗,完全自主創新,擁有完整的智慧財產權。運-20在2013年首飛,直到今年才運營成熟,大放異彩,更別是是一款民用大飛機了。

既然是從零開始,商飛公司一開始就雙管齊下,在大飛機製造上採取全球供應商模式,這也是大飛機製造的通用模式,通過國內的航空製造企業和國外先進的飛機製造企業合作,從而帶動國內航空產業的發展,而且商飛優先合作的都是希望在國內建廠的國外公司。

同時在發動機方面,一方面與CFM公司確定LEAP-1C為C919的唯一國外發動機,首先為C919的起飛提供保障,同時成立大飛機航發研發中心,開啟中國航發大推力發展之路。

通過合作CFM公司,也直接把CJ1000A發動機對標LEAP-1C發動機,一旦研發成功,中國的大推力發動機直接進入第四代大推行列,實現航發大推的偉大跨越。因此CJ-1000A對於中國航發非常重要。

CJ-1000A的直徑1.95米,長3.29米。涵道比約為9,推力約13-14噸。風扇扇葉採用三維寬學,頑劣設計,數量為18片,材料為,tC4鈦合金,低壓壓氣機為三級,高壓壓氣機為十級。CJ-1000A結構複雜,由約35000個零組件組成。參與研發的單位達到24家之中,為了試製與裝配首臺整機,花費了18個月時間,可見其難度之大。

CJ1000A的風扇直徑約為1.95m,葉片數量為18片,採用小展弦比三維寬弦空心葉片,葉片材料為TC4鈦合金,內部採用「瓦倫」空心結構,超塑成形(SPF)/擴散連接(DB)工藝,風扇機匣採用硬壁包容設計,低壓壓氣機為3級。

我們再看一下LEAP系列發動機:風扇葉片直徑為78英寸(約為1.98m),葉片數量為18片,低壓壓氣機為3級。這裡重點提一下LEAP採用的先進三維編織樹脂模型傳遞成型的風扇葉片。這種風扇葉片是三維碳纖維編織物,碳纖維並不是簡單層疊在一起,而是採用三維技術編織形成網狀結構,使其更加堅固,然後注入樹脂並在高壓容器內固化,不僅重量輕,耐久性好,抗外物打傷能力強、抗振動性能好,而且容易形成複雜型面的葉片。所以儘管兩者的風扇與低壓壓氣機在氣動效率上基本處於同一水平,均達到了第四代大發的性能指標。

但在材料應用上,CJ1000A距離LEAP有明顯差距,僅相當於國際第三代大發的風扇材料水平。

但是即便如此CJ1000A都是一個大的跨越,隨著航空產業的發展,航空工業水平提高,CJ1000A在工藝材料上的不足,都可以慢慢彌補。

CJ1000A就是要實現中國航發大推的從無到有。

CJ1000A自從2017年5月整機試車,2018年5月整機點火成功,又過去2年了,今年終於又傳來了好消息。CJ1000A在年中時獲得新進展,已經開始進入地面臺架測試階段。

發動機在完成樣機製造之後要完成地面試車,對其性能、可靠性、穩定性和安全性進行全面測試。地面試車完成後將進入空中測試階段,預計將會由伊爾-76上進行CJ1000A試飛,檢測發動機在空中飛行時的表現。

CJ1000A的原型機完成地面和空中測試的時間要看表現是否穩定,發現問題後要繼續改進,最終要達到適合民航使用的狀態。在完成一個階段的空中測試之後,就可以裝機C919試飛了。

按照目前的進度,CJ1000A可以在2023年裝機C919,2025年左右就可以批量裝機了。屆時C919就可以部分裝備LEAP-1C發動機,一部分裝備CJ1000A發動機。

國產大飛機明年開始交付第一架,預計到2023年,也不過交付10-20架,從進度上來說,CJ1000A並沒有落後太多,是剛剛好。

無論是飛機零部件還是發動機,商飛都是採取了兩條腿走路,兩條都很硬,這樣國產大飛機就絕不是受制於人。

2023年裝著國產大心臟CJ1000A的C919就可以翱翔在藍天,最多2025年前後,中國人就可以坐著完全國產的大飛機C919去旅行了。

加油中國航發,加油中國航空。

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