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中国首部民用大涵道涡扇发动机CJ1000A验证机下线

2017-12-30 小飞猪 讲武堂

CJ1000A验证机总装下线


12月25日,中国航发商发公司研制中国第一型民用大涵道比涡扇CJ1000AX验证机首台发动机在上海完成装配,与此同时CJ1000AX验证机核心机也实现100%转速稳定运转,为发动机以后发展打下了坚实基础。


CJ1000民用涡扇发动机是商发公司为C919客机研制配套发动机,它采用了一系列先进技术,整体性能达到或者接近LEAP-X1C发动机水平,预计在2025年投入航线运营,以打破进口发动机对于C919客机动力系统垄断。


CJ1000A是C919客机配套国产发动机


众所周知,中国在本世纪初启动大飞机项目,作为大飞机项目关键配套设备-民用大涵道比涡扇发动机研制也被列上日程,并且为此组建了中国航发商用航空发动机有限责任公司(中国航发商发公司),CJ-1000就是民用大涵道比涡扇发动机第一个重要项目,它主要作为国产C919客机配套,替代引进的LEAP-X1C涡扇发动机。


根据有关部门预测,中国大约需要3000架左右单通道窄体客机,C919占据其中三分之一份额,总产量就接近1000架,以每架客机配备2部发动机计算,再加上备用发动机,配套发动机生产规模也达到数千部之多,考虑到国产发动机暂时还难以为C919客机提供配套发动机,所以C919客机选择了LEAP-X1C作为配套发动机,这种发动机单价已经接近1500万美元,因此这也是一个金额接近千亿美元大市场,同时也为了国产客机在动力系统方面不受制于人,所以中国决定自行研制C919客机配套发动机,这就是CJ1000发动机研制背景。


C919客机现在采用LEAP-X1C发动机


从商发公司公开资料来看,CJ1000采用了单级风扇、3 级低压压气机、10级高压压气机、单级环形燃烧室、2级高压涡轮、7级低压涡轮组成,这个结构设计与LEAP-X1C基本上相同,发动机采用了采用全三维气动设计、贫油预混燃烧、主动间隙控制等先进技术,以及宽弦空心风扇叶片、整体叶盘、新一代单晶、粉末冶金等先进材料工艺,通过这些新材料、新工艺运用,有效提高发动机性能。


笔者注意到此次公开了CJ1000风扇直径,达到1.95米,这个直径已经接近LEAP-X1C风扇直径,后者达到1.98米,对于民用大涵道比涡扇发动机来说,风扇直径越大,涵道比越大,LEAP-X1C涵道比达到11,这个指标差不多是上一CFM-56发动机多1倍,对于涡扇发动机来说,涵道比越大,发动机油耗越小,经济性能越好,当年空客公司就指出B737MAX因为起落架较短,配套LEAP-X1B发动机只能采用较小风扇,风扇直径只有1.76,涵道比降低到9左右,而A320NEO起落架较长,配套LEAP-X1B就采用了1.98米大直径风扇,涵道比就要大于LEAP-X1B,相应油耗方面性能要好于B737MAX。


CJ1000A发动机研制,可以避免C919客机发动机受制于人


不过发动机风扇直径越大,叶片制造难度越高,这是因为风扇叶片高速旋转,根部载荷非常大,所以大涵道比涡扇发动机风扇叶片是一个关键和难点,前面说过,CJ1000A采用宽弦空心风扇叶片,风扇叶片中上部后掠,尖部前掠,以推迟气流分离,提高空气流量,增加发动机推力,另外宽弦叶片还减少了风扇叶片数量,有助于简化结构,减轻重量,从大涵道比涡扇发动机发展来看,风扇叶片数量一直呈现减少趋势,CFM-56早期型号风扇叶片超过30片,后期降低到20个左右,LEAP-X1C只有18个,CJ1000A风扇叶片数量则与LEAP-X1C一样,不过CJ1000A风扇叶片采用钛合金制造,相比较之下,LEAP-X1C则采用复合材料制造,只是在边缘用钛合金进行加强,因此风扇叶片重量要小于CJ1000A风扇叶片,相应发动机重量也要小于CJ1000A,对于客机来说就意味着结构重量更轻,载荷更高,经济性能更好,这是CJ1000A未来发展方向。


许多人可能会问中国还在研制WS-20大涵道涡扇发动机,那么中国为何同时研制两种性能相近大涵道比涡扇发动机,实际上这两种发动机是两个不同时代发动机,WS-20相当于上一代CFM-56,而CJ-1000对就LEAP-X1C,前者配套运-20大型运输机,未来CJ-1000A成熟以后,运-20也可以考虑用CJ-1000A替代WS-20发动机.


未来可以作为运-20升级发动机


当然CJ-1000A最主要用途还是解决C919客机动力系统国产化问题,避免国产客机在发动机方面受制于人,另外也还可以扩展C919客机用途,例如改装预警机、电子战飞机和反潜飞机等,进口发动机存在严格最终用途/用户限制,不能用于军事用途,这样C919客机未来想改装特种飞机,必须要有国产配套发动机,CJ-1000A研制成功之后,就可以为C919客机未来改装特种飞机打下坚实基础。




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