國產航發的短艙之困:居者無其屋 是什麼卡了脖子?

  原標題:國產航空發動機的短艙之困:居者無其屋,是什麼卡了脖子?

  短艙,是飛機上安放發動機的艙室,俗稱「房子」,模樣類似整流罩,主要由發動機進氣道、整流罩和尾噴口組成,起整流、降噪、保護和為安裝發動機部分附件提供平台的作用。

  「與人們熟知的在高溫、高壓、高速等極端工況下工作的航空發動機熱端部件相比,短艙屬於『低溫部件』技術,是航空推進系統最重要的核心部件之一,所需的技術難度極高。其成本約佔全部發動機的1/4左右。」北京天驕航空產業投資有限公司國家「千人計劃」專家王光秋博士說。

  目前,新一代大涵道比航空發動機短艙,主要由航空業頂級製造商美國古德里奇提供,包括波音787和空客A350/A320neo等,也包括龐巴迪C系列和巴西航空公司的E系列支線飛機。美國GE與法國賽風合資的奈賽公司也是一家短艙供應商,向用於B737、A330等飛機的推進系統提供短艙。而我國在這一重要領域尚屬空白。

  「戶型」越大難度越高

  「短艙需要將發動機包覆,使整個動力系統外部有良好的氣動外形,以減少飛行阻力;其進氣道還要具有防、除冰的能力。在整個飛行包線內,要保護髮動機不受干擾正常工作;在地面,需要做到方便發動機的維護和維修。」王光秋介紹說,一旦短艙有損,飛行中可能會引起發動機嚴重事故。

  短艙是一套極為複雜的集成系統,開發、生產和供應都需要多年的經驗,短艙越大技術難度越高。比如,發動機推力越大,其直徑越大,短艙面積也必然增加,勢必會加大氣動阻力,影響飛行效率。

  要減少面積增大帶來的阻力,必須從設計、材料和工藝上動腦筋。波音787使用的發動機最大推力約為30噸,短艙是一個「大戶型」,表面積約為六七十平方米。而這個「大戶型」短艙是一個綜合技術水平極高的複雜系統。

  「進氣道外罩為鈦合金,內部支撐結構為碳纖維複合材料,風扇罩為帶有降噪襯套的復材蜂窩夾層結構。」王光秋說,這個短艙系統不僅引入了新一代高載荷、高效葉柵式反推裝置,還首創設計了具有30%的層流面積,以減小阻力。此外,鈦合金排氣尾噴管鋸齒邊設計也是創新技術,可在巡航狀態下有效減低噪聲,提高乘客舒適度。

  兩家公司建了所有發動機的「房子」

  作為發動機核心設備,短艙涉及飛機性能、操作安全性、系統可靠性、重量、成本和環保相關的關鍵航空技術。

  世界上能研製民用大涵道比發動機的共有3家公司,美國GE、普惠和英國的羅羅,而能獨立研製高推力大涵道比渦扇發動機短艙的公司僅有兩家,這就是美國古德里奇公司和GE賽峰合資的奈賽公司。

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  「可以說,主要是這兩家公司建了所有發動機的『房子』。」王光秋說。古德里奇聲稱,他們研製的短艙可靠性為99.9%。

  再說說占短艙成本一半的反推裝置。

  「飛機安全起降需要超長跑道,但經濟效益不好。縮短飛機滑跑距離,遂成為發動機追求的目標。」王光秋說,這便是反推裝置的功勞。

  反推裝置,通過改變發動機正常氣流方向,當大於90°折轉時,使正常推力反向產生推力分量,達到飛機減速目的。「這項技術涉及的力學原理不複雜,但反推裝置的機械結構和控制系統十分複雜,可靠性要求極高。」王光秋說。

  CJ-1000A將住誰的「房子」

  查C919參數,其選配的是CFM(通用與賽峰合資公司)的LEAP-1C發動機。

  LEAP-1C短艙「戶型」獨一無二,由奈賽在中國成立的一家合資公司提供。LEAP-1C短艙的設計為世界首創,相關資料顯示,這種獨特的一體式結構,以及O型涵道反推裝置系統,能減輕重量、提高反推效率,並便於發動機維護。

  伴隨C919項目的推進,國產發動機項目也緊鑼密鼓。2017年底,CJ-1000AX首台整機在上海完成裝配,並進入驗證期。驗證機直徑1.95米,長3.29米。包含風扇/增壓級、核心機、低壓渦輪和附件傳動機匣裝置,由近35000個零組件組成。這台初生的國產發動機仍是熱力技術部件,尚無與之匹配的短艙。

  CJ-1000A將住誰的「房子」?查閱所有公開資料,我國尚無自主研製短艙的專門機構,相關院校似乎也沒有設置相關的學科。

  一代發動機產品從最初技術預研、立項,到定型批產,至少需要15到20年。「讓具有自主知識產權的CJ-1000A發動機住進自己的『房子』,或是將來的最佳選擇。」王光秋說。

  來源:科技日報


本文來源:http://news.sina.com.cn/c/2018-04-24/doc-ifzqvvsa2808948.shtml