國(guó)之重器 厚積薄發(fā)

王濟(jì)橋

剛剛結(jié)束的第十二屆珠海航展，對(duì)于所有人來(lái)說(shuō)，印象最深的莫過(guò)于殲10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)的驚艷亮相。一連串“落葉飄”、“眼鏡蛇”等精彩絕倫的飛行動(dòng)作燃爆航展的背后是我國(guó)在矢量推力發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)方面所取得的重大突破。

展館內(nèi)，中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)的展臺(tái)則更有看點(diǎn)。本屆航展是中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)成立后，第一次以主辦方的身份參加珠海航展。在設(shè)計(jì)新穎的展臺(tái)上，展出了多款新型渦扇、渦軸、渦槳航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。其中，AEF3500寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)（“長(zhǎng)江”2000發(fā)動(dòng)機(jī)）整機(jī)模型的亮相令人驚嘆。這是我國(guó)迄今為止研發(fā)的推力最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，最大推力可達(dá)35噸，與裝配787飛機(jī)的GEnx和遄達(dá)1000相近。從直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)到窄體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，再到如今的寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，我國(guó)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)正在穩(wěn)步推進(jìn)。

渦軸/槳發(fā)動(dòng)機(jī)的突破

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)是航空動(dòng)力的重要組成部分。隨著全球航空運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)容量巨大。近年來(lái)，我國(guó)在渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)方面，順應(yīng)國(guó)際合作、共同投資、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、市場(chǎng)共享的大趨勢(shì)，一些產(chǎn)品的研發(fā)取得了技術(shù)與市場(chǎng)的雙重突破。

渦軸16發(fā)動(dòng)機(jī)作為我國(guó)第一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，是一款十年磨一劍的產(chǎn)品，也是中法兩國(guó)合作的典范。

2008年，哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司與法國(guó)賽峰直升機(jī)公司（原透博梅卡公司）簽署協(xié)議，雙方以50%﹕50%的方式合作研發(fā)渦軸16發(fā)動(dòng)機(jī)（法方代號(hào)為阿蒂丹3C），以滿(mǎn)足國(guó)產(chǎn)AC352直升機(jī)動(dòng)力裝置的需求。

2013年，渦軸16發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)首次車(chē)臺(tái)試驗(yàn)。2016年，首架裝載渦軸16發(fā)動(dòng)機(jī)的AC352直升機(jī)在哈爾濱成功實(shí)現(xiàn)首飛。在這款發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)中，有關(guān)企業(yè)始終堅(jiān)持面向用戶(hù)的設(shè)計(jì)理念。為了滿(mǎn)足安裝、使用和維護(hù)需求，直升機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的飛發(fā)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)采用了并行工程模式。在發(fā)動(dòng)機(jī)方案設(shè)計(jì)階段，就啟動(dòng)了與主機(jī)廠(chǎng)的安裝設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)工作，并隨設(shè)計(jì)同步深入細(xì)化。結(jié)合民機(jī)特點(diǎn)，考慮產(chǎn)品全生命周期成本，渦軸16發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)能耗低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、緊湊，在線(xiàn)更換單元維修性好，單元體更換快捷方便。先進(jìn)的設(shè)計(jì)及制造工藝使發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)小，有利于降低直升機(jī)振動(dòng)，提高乘客的舒適性。

目前，這款發(fā)動(dòng)機(jī)的適航取證工作正在有序推進(jìn)，大部分適航取證試驗(yàn)和適航文件編制工作已經(jīng)完成，預(yù)計(jì)2019年獲得中國(guó)民航局頒發(fā)的型號(hào)合格證。渦軸16填補(bǔ)了我國(guó)1300kW功率級(jí)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的空白，這款產(chǎn)品投入市場(chǎng)后將改變國(guó)內(nèi)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可靠性較差、無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)需求的現(xiàn)狀。

此外，中國(guó)航發(fā)還在加快AES100民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)工作。AES100發(fā)動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)為1000kW級(jí)，可裝配5～6噸級(jí)雙發(fā)直升機(jī)或3噸級(jí)單發(fā)直升機(jī)。隨著我國(guó)逐步開(kāi)放低空空域，這款產(chǎn)品將有廣闊的市場(chǎng)空間。在今年的珠海航展上，這款發(fā)動(dòng)機(jī)以整機(jī)實(shí)物形式正式亮相。根據(jù)計(jì)劃，這款發(fā)動(dòng)機(jī)將在2024年左右獲得中國(guó)民航局頒發(fā)的型號(hào)合格證。

在渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)上，中國(guó)航發(fā)正在全力推進(jìn)5000kW民用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)AEP500的設(shè)計(jì)研發(fā)工作，力爭(zhēng)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

與國(guó)外相比，我國(guó)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)研制起步晚、型號(hào)少，功率覆蓋不全，已經(jīng)定型的型號(hào)只有500kW級(jí)的渦槳9、2000kW級(jí)的渦槳5和3500kW級(jí)的渦槳6等三個(gè)系列，產(chǎn)品系列已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足客貨運(yùn)飛機(jī)、特種作業(yè)飛機(jī)等平臺(tái)的需求。在此背景下，AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

根據(jù)計(jì)劃，AEP500將采用先進(jìn)的三軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)總體技術(shù)、輕質(zhì)高效大功率的減速器技術(shù)、低污染燃燒室技術(shù)等諸多先進(jìn)技術(shù)。尤為值得一提的是，未來(lái)AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)不僅可以用于中型客貨運(yùn)渦槳飛機(jī)等平臺(tái)，還可以以其為基礎(chǔ)，通過(guò)“槳改軸”，進(jìn)一步發(fā)展民用大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，用于大噸位的民用直升機(jī)。

“長(zhǎng)江”系列穩(wěn)步推進(jìn)

2017年，隨著C919大型客機(jī)一飛沖天，國(guó)人對(duì)于國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的渴望也變得越來(lái)越熱切。為了解決困擾中國(guó)航空業(yè)多年的“心臟病”問(wèn)題，中國(guó)航發(fā)制定了系列化發(fā)展戰(zhàn)略：一是160座窄體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)“長(zhǎng)江”1000，未來(lái)可裝配C919大型客機(jī)；二是280座寬體發(fā)動(dòng)機(jī)“長(zhǎng)江”2000，未來(lái)可裝配CR929中俄遠(yuǎn)程寬體客機(jī)；三是110～130座的新支線(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)“長(zhǎng)江”500，未來(lái)可裝配ARJ21新支線(xiàn)客機(jī)的改進(jìn)型。

根據(jù)規(guī)劃，“長(zhǎng)江”系列發(fā)動(dòng)機(jī)將是雙轉(zhuǎn)子、直接驅(qū)動(dòng)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，具有低油耗、低排放、低噪音、高可靠性、低維護(hù)成本等特點(diǎn)，力爭(zhēng)主要性能指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。未來(lái)，三個(gè)產(chǎn)品系列在技術(shù)上一脈相承，其技術(shù)路線(xiàn)是以“長(zhǎng)江”1000發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)為基準(zhǔn)，采用國(guó)際通用的通過(guò)相似放大和局部?jī)?yōu)化發(fā)展出“長(zhǎng)江”2000的核心機(jī)，再匹配低壓部件并嵌入經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的新技術(shù)后形成“長(zhǎng)江”2000發(fā)動(dòng)機(jī)。同樣，未來(lái)也將通過(guò)相似的技術(shù)路徑發(fā)展用于支線(xiàn)客機(jī)的“長(zhǎng)江”500發(fā)動(dòng)機(jī)。

根據(jù)有關(guān)資料，“長(zhǎng)江”1000發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛推力約為133kN，耗油率水平與國(guó)際最新一代窄體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，比上一代發(fā)動(dòng)機(jī)降低約15%。2013年，“長(zhǎng)江”1000AX驗(yàn)證機(jī)通過(guò)概念設(shè)計(jì)評(píng)審。2016年，“長(zhǎng)江”1000AX驗(yàn)證機(jī)通過(guò)初步設(shè)計(jì)評(píng)審，正式轉(zhuǎn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。2017年12月，“長(zhǎng)江”1000A發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目通過(guò)概念設(shè)計(jì)評(píng)審，轉(zhuǎn)入初步設(shè)計(jì)階段，標(biāo)志著我國(guó)大型客機(jī)動(dòng)力裝置從技術(shù)驗(yàn)證階段轉(zhuǎn)入工程研制階段。

2017年年末，“長(zhǎng)江”1000AX首臺(tái)整機(jī)在上海完成裝配，標(biāo)志中國(guó)首個(gè)民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)正式建成。

“長(zhǎng)江”1000AX發(fā)動(dòng)機(jī)直徑1.95米，長(zhǎng)3.29米。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，試制難度大，包含風(fēng)扇/增壓級(jí)、核心機(jī)、低壓渦輪和附件傳動(dòng)機(jī)匣裝置，由35000多個(gè)零組件組成。根據(jù)國(guó)際慣例，中國(guó)航發(fā)在“長(zhǎng)江”1000AX發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)過(guò)程中，采用“主制造商-供應(yīng)商”模式，共有24家企業(yè)參與了項(xiàng)目研制。首臺(tái)“長(zhǎng)江”1000AX發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的試制、裝配歷時(shí)18個(gè)月，在此過(guò)程中，中國(guó)航發(fā)先后突破了鈦合金寬弦高空心率風(fēng)扇葉片、鋁合金大型薄壁風(fēng)扇包容機(jī)匣、3D打印燃燒室燃油噴嘴等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也攻克了大直徑、長(zhǎng)軸類(lèi)單元體水平裝配等技術(shù)難題。

在進(jìn)行裝配的同時(shí)，中國(guó)航發(fā)還對(duì)核心機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)?！伴L(zhǎng)江”1000AX發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)由高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪及相關(guān)系統(tǒng)組成，實(shí)際工作的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速極高，其技術(shù)復(fù)雜程度和難度代表著機(jī)械領(lǐng)域的最高水平?！伴L(zhǎng)江”1000AX發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)的驗(yàn)證試驗(yàn)歷時(shí)39天，試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證各部件及相關(guān)系統(tǒng)的性能、功能和匹配性，提前暴露問(wèn)題，降低整機(jī)研制風(fēng)險(xiǎn)。全部核心機(jī)驗(yàn)證試驗(yàn)累計(jì)試車(chē)46次，初步驗(yàn)證了核心機(jī)各部件及相關(guān)系統(tǒng)的性能、功能和匹配性，同時(shí)也驗(yàn)證了壓氣機(jī)分塊預(yù)估、燃燒室點(diǎn)火預(yù)測(cè)、渦輪工作狀態(tài)分析和國(guó)內(nèi)首次開(kāi)發(fā)的“骨架特性”性能仿真模型等技術(shù)，有效補(bǔ)充和豐富了核心機(jī)的研制體系。

在試驗(yàn)中，“長(zhǎng)江”1000AX發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)實(shí)現(xiàn)了100%穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。未來(lái)，中國(guó)航發(fā)計(jì)劃生產(chǎn)24臺(tái)“長(zhǎng)江”1000AX發(fā)動(dòng)機(jī)用于適航取證，如果進(jìn)展順利，發(fā)動(dòng)機(jī)有望在不遠(yuǎn)的將來(lái)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

“長(zhǎng)江”2000發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛推力達(dá)到347kN，除了具有與“長(zhǎng)江”1000基本相似的技術(shù)特征之外，這款發(fā)動(dòng)機(jī)還嵌入了部分新一代核心部件關(guān)鍵設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)，力爭(zhēng)油耗低于現(xiàn)役同類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)。本屆航展期間，中國(guó)航發(fā)表示，目前“長(zhǎng)江”2000發(fā)動(dòng)機(jī)正在進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)驗(yàn)證，但由于我國(guó)在此之前從未有過(guò)研制寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，因此未來(lái)的研制之路將充滿(mǎn)挑戰(zhàn)?？捎糜谥Ь€(xiàn)飛機(jī)的“長(zhǎng)江”500發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)完成了概念方案設(shè)計(jì)，未來(lái)將根據(jù)ARJ21新支線(xiàn)飛機(jī)的改型計(jì)劃而適時(shí)啟動(dòng)。

需要指出的是，民用發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、投入多、風(fēng)險(xiǎn)大，國(guó)際上具有獨(dú)立研制、生產(chǎn)能力的國(guó)家屈指可數(shù)。未來(lái)，我國(guó)想要在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)占有一席之地，還有很多“學(xué)分”需要一一補(bǔ)上。

首先是大型試驗(yàn)設(shè)施的建設(shè)。中國(guó)航發(fā)通過(guò)5年多的時(shí)間，完成了高性能計(jì)算平臺(tái)、集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系、發(fā)動(dòng)機(jī)仿真體系和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基本構(gòu)建，支持了“長(zhǎng)江”系列發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)、核心機(jī)、部件/系統(tǒng)的多輪設(shè)計(jì)迭代和供應(yīng)商的產(chǎn)品聯(lián)合定義。同時(shí)，在上海臨港基地也已建成了發(fā)動(dòng)機(jī)科研裝配線(xiàn)、整機(jī)試車(chē)臺(tái)、加溫加壓核心機(jī)試車(chē)臺(tái)、高壓壓氣機(jī)試驗(yàn)器等。未來(lái)，隨著生產(chǎn)和適航取證工作的展開(kāi)，在試驗(yàn)設(shè)施的建設(shè)上仍需要花較大的精力去逐步完善各類(lèi)試驗(yàn)設(shè)施和平臺(tái)。

除了硬件之外，項(xiàng)目管理、基礎(chǔ)技術(shù)積累等綜合能力的提升也將是未來(lái)中國(guó)航發(fā)需要克服的挑戰(zhàn)。尤其在適航取證方面，難度絕不亞于飛機(jī)的取證。因此，如何通過(guò)引進(jìn)國(guó)際一流資源，建設(shè)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證體系，將是未來(lái)國(guó)產(chǎn)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。這些工作周期長(zhǎng)、投入大，但在項(xiàng)目的歷練中一旦形成自己的核心能力，其對(duì)于我國(guó)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略意義將是不言而喻的。