居者無其屋，國產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)的短艙之困

短艙，是飛機(jī)上安放發(fā)動機(jī)的艙室，俗稱“房子”，模樣類似整流罩，主要由發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道、整流罩和尾噴口組成，起整流、降噪、保護(hù)和為安裝發(fā)動機(jī)部分附件提供平臺的作用。

“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(fā)動機(jī)熱端部件相比，短艙屬于‘低溫部件’技術(shù)，是航空推進(jìn)系統(tǒng)最重要的核心部件之一，所需的技術(shù)難度極高。其成本約占全部發(fā)動機(jī)的1/4左右。”北京天驕航空產(chǎn)業(yè)投資有限公司國家“千人計(jì)劃”專家王光秋博士說。

目前，新一代大涵道比航空發(fā)動機(jī)短艙，主要由航空業(yè)頂級制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(jī)。美國GE與法國賽風(fēng)合資的奈賽公司也是一家短艙供應(yīng)商，向用于B737、A330等飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)提供短艙。而我國在這一重要領(lǐng)域尚屬空白。

“戶型”越大難度越高

“短艙需要將發(fā)動機(jī)包覆，使整個動力系統(tǒng)外部有良好的氣動外形，以減少飛行阻力;其進(jìn)氣道還要具有防、除冰的能力。在整個飛行包線內(nèi)，要保護(hù)發(fā)動機(jī)不受干擾正常工作;在地面，需要做到方便發(fā)動機(jī)的維護(hù)和維修。”王光秋介紹說，一旦短艙有損，飛行中可能會引起發(fā)動機(jī)嚴(yán)重事故。

短艙是一套極為復(fù)雜的集成系統(tǒng)，開發(fā)、生產(chǎn)和供應(yīng)都需要多年的經(jīng)驗(yàn)，短艙越大技術(shù)難度越高。比如，發(fā)動機(jī)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(shè)計(jì)、材料和工藝上動腦筋。波音787使用的發(fā)動機(jī)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(shù)水平極高的復(fù)雜系統(tǒng)。

“進(jìn)氣道外罩為鈦合金，內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)為碳纖維復(fù)合材料，風(fēng)扇罩為帶有降噪襯套的復(fù)材蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。”王光秋說，這個短艙系統(tǒng)不僅引入了新一代高載荷、高效葉柵式反推裝置，還首創(chuàng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)也是創(chuàng)新技術(shù)，可在巡航狀態(tài)下有效減低噪聲，提高乘客舒適度。

兩家公司建了所有發(fā)動機(jī)的“房子”

作為發(fā)動機(jī)核心設(shè)備，短艙涉及飛機(jī)性能、操作安全性、系統(tǒng)可靠性、重量、成本和環(huán)保相關(guān)的關(guān)鍵航空技術(shù)。

世界上能研制民用大涵道比發(fā)動機(jī)的共有3家公司，美國GE、普惠和英國的羅羅，而能獨(dú)立研制高推力大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)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。

“可以說，主要是這兩家公司建了所有發(fā)動機(jī)的‘房子’。”王光秋說。古德里奇聲稱，他們研制的短艙可靠性為99.9%。

再說說占短艙成本一半的反推裝置。

“飛機(jī)安全起降需要超長跑道，但經(jīng)濟(jì)效益不好?？s短飛機(jī)滑跑距離，遂成為發(fā)動機(jī)追求的目標(biāo)。”王光秋說，這便是反推裝置的功勞。

反推裝置，通過改變發(fā)動機(jī)正常氣流方向，當(dāng)大于90°折轉(zhuǎn)時，使正常推力反向產(chǎn)生推力分量，達(dá)到飛機(jī)減速目的。“這項(xiàng)技術(shù)涉及的力學(xué)原理不復(fù)雜，但反推裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)十分復(fù)雜，可靠性要求極高。”王光秋說。

CJ-1000A將住誰的“房子”

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

LEAP-1C短艙“戶型”獨(dú)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(shè)計(jì)為世界首創(chuàng)，相關(guān)資料顯示，這種獨(dú)特的一體式結(jié)構(gòu)，以及O型涵道反推裝置系統(tǒng)，能減輕重量、提高反推效率，并便于發(fā)動機(jī)維護(hù)。

伴隨C919項(xiàng)目的推進(jìn)，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)項(xiàng)目也緊鑼密鼓。2017年底，CJ-1000AX首臺整機(jī)在上海完成裝配，并進(jìn)入驗(yàn)證期。驗(yàn)證機(jī)直徑1.95米，長3.29米。包含風(fēng)扇/增壓級、核心機(jī)、低壓渦輪和附件傳動機(jī)匣裝置，由近35000個零組件組成。這臺初生的國產(chǎn)發(fā)動機(jī)仍是熱力技術(shù)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，我國尚無自主研制短艙的專門機(jī)構(gòu)，相關(guān)院校似乎也沒有設(shè)置相關(guān)的學(xué)科。

一代發(fā)動機(jī)產(chǎn)品從最初技術(shù)預(yù)研、立項(xiàng)，到定型批產(chǎn)，至少需要15到20年。“讓具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CJ-1000A發(fā)動機(jī)住進(jìn)自己的‘房子’，或是將來的最佳選擇。”王光秋說。(矯 陽)