【长知识】航空发动机研制降低费用、缩短周期技术综述
导读：
概述了国外航空发动机研制费用和周期的情况；从高比例继承和多领域通用2方面，重点介绍了在国外航空发动机研制中降低费用、缩短周期所采用的成熟技术。
航空发动机研制正朝着不断追求更高的综合性能的方向发展，其研制难度逐渐増大，所需的研制费用必然大大提高，研制周期也大大延长，越来越受到航空发动机设计、制造和使用单位的关注。
20世纪 70年代以来，世界知名的航空发动机设计与制造商从技术和管理等方面，对于降低航空发动机研制费用和缩短研制周期进行了大量探索和研宄，开发和验证了很多技术和措施，收到了显著成效。本文综述了国外航空发动机先进国家降低研制费用和缩短研制周期的技术和经验。
航空发动机研制涉及到气动热力学、流体力学、 结构力学、材料科学、工艺技术、测试技术、控制技术 等学科和技术是一个复杂的系统工程。雄厚的成熟技术储备是航空发动机研制成功的关键，更是降、低研制费用、缩短研制周期的关键。无论是全新研制还是衍生发展，美国和英国等航空发动机技术领先的国家，均有许多利用成熟技术有效降低研制费用、缩短研制周期的案例。
1、高比例继承
1.1 全新研制型发动机
全新研制是使航空发动机综合性能实现跨越式提高的途径，而综合性能提高得多还是少取决于所采用先进技术的水平。通常，采用的先进技术越多，水平越高，综合性能提高得就越高，但其所需的验证和改进也随之増多，从而所需费用就必然提高，研制周期必然延长，面临的风险也就随之増大。
为此，航空技术先进国家在作发动机全新研制决策时，在综合性能、费用和风险间进行权衡考虑后，通常更多地采用成熟或经验证的先进技术。据资料报道：在英国罗尔斯-罗伊斯RR公司全新研制的航空发动机所采用的技术中，成熟技术占69%，而新技术仅占31%；普惠公司研制的YF119发动机在与GE公司研制的YF120发动机的竞争中大获全胜，其主要原因是，F119发动机采用的新技术的比例适中，而YF120发动机采用新技术的比例偏大，致使其风险加大，周期延长，费用过高。
为积累成熟技术从20世纪60年代开始，美、英等国家就特别重视航空发动机技术预先研究工 作，制订了许多预研计划，如先进燃气涡轮发动机燃气发生器（ATEGG)研究计划、美国空军发动机改型(EMDP)研究计划、综合高性能涡轮发动机技术(HPTET)研究计划、先进核心军用发动机（ACME)研究计划、先进军用发动机技术（AMET)研究计划、超高效发动机技术（UEET)研究计划、TECH56技术研究计划、环境友好的航空发动机部件验证机（CLEAN）验证计划等。
这些研究计划开发和验证了大量的部件和整机技术走的是1条“部件验证->核心机验证->验证机验证->发动机工程制造与研制”的发展道路，使大部分技术问题在部件、核心机和验证机验证阶段即被发现并解决，大大降低了工程制造与研制的风险和费用，缩短了研制周期。据 统计，在部件研制时，验证技术比在型号研制中采用的新技术所用经费节省了20%~30%。图2和图3分别示出了普惠和GE公司航空发动机研制的技术发展道路。
1.2改进改型型发动机
20世纪70年代以来，F100、F110、F404、和AI-31F等3代战斗机发动机，仅采用经验证的几项先进技术和措施（如通过提高发动机空气进口来増大发动机的推力；采用新颖结构与轻质材料，以减轻发动机的质量等）主要改进风扇、加力燃烧室和控制系统等部件，使之逐步趋于完善和成熟，成功地实现了发动机的改进改型。
90年代中期，为了满足多用途战斗机的要求，确保达到JSF计划中经济可承受性的目标，普惠和GE公司分别在F119和YF120发动机的基础上改进改型，衍生发展了F135和F136发动机，这2种发动机正在工程验证中。
改进改型的发动机继承了母型机的大多数部件和技术，因此也继承了母型机的优良性能；通过改进 个别技术或部件，使改型后的发动机的可靠性、耐久性和可维护性比母型机的更好。通过改进改型，一方面，有效降低了发动机的研制费用，缩短了研制周期，减小了研制风险；另一方面，为全新研制发动机提前验证了一些先进技术，减小了全新研制的风险，降低了费用。
据RR公司估算，改进改型发动机的研制费用是全新研制的33%~40%。美国兰德公司的研宄表明，将推力为90kN的基准发动机，改进改型成推力増大20%的发动机时，其费用是全新研制费用的25%。
2、多领域通用
通用技术是指可应用到许多领域或产品，能获得最大收益的先进技术。采用通用技术在使航空发动机保持优良性能的同时，缩短了研制周期，大大降低了研制费用。下面主要从通用部件技术和通用核心机技术2方面进行讨论。
2.1通用部件
在部件设计方面，通用技术很多，这里只列举3例。
20世纪80年代初，英国RR公司成功地开发了采用加工蜂窝内芯的第1代风扇钛合金宽弦空心叶片，并应用于RB211-535E4、V2500、RB211-524G、RB211-524H和BR710等发动机上；80年代 末，RR公司开发了超塑成形扩散连接的风扇钛合金宽弦空心叶片，并应用于TRENT70、TRENT800、TRENT500、TRENT8104、TRENT900、TRENT1000等大涵道比涡扇发动机验证机上。
普惠公司在研制出浮动壁火焰筒，并在V2500大涵道比涡扇发动机上成功应用后，将该技术推广应用于PW4084、PW6000、GP7000等大涵道比涡扇发动机，以及F119、F100-PW-229A和F135等小涵道比涡扇发动机上。
随着GEAE公司开发的整体叶盘的制造和修理工艺技术的不断成熟，在20世纪90年代，整体叶盘结构己经成功地应用于YF120、F414増推型和F136等发动机的风扇与高压压气机，以及F110-132发动机的风扇上。
3 2 2通用核心机
采用成熟的通用核心机（将同种核心机硬件放大或缩小）可研制出多种不同型的航空发动机。早在20世纪80年代，美国的GE公司和英国的RR公司就进行了这方面的尝试，取得了成功，其后，又将该技术不断发展。
GEAE公司将经过充分考验和鉴定的F101发动机作为通用核心机，改型研制了多型航空发动机 (如 F101-GE-102、F110-GE-100、F110-GE-400、F110-GE-129、F118-GE-100、F118-GE-101和CFM56等），使F101发动机的性能、可靠性、 耐久性和可维护性得以传承和发展。
美国正在实施的VAATE和UEET研究计划将开发和验证“通用核心机”作为工作重点。
在VAATE研究计划中，拟通过采用先进材料、气动设计技术和革新的结构，开发和验证高压比高压压气机、高性能燃烧室、高效涡轮、先进机械系统和燃油系统，进而研制和验证经济可承受的多用途通用核心机。进而，以该核心机为基础，发展出性能更高、耐久性更好和费用更低的军用和民用验证发动机，直到研制出各种用途的涡轮发动机，以适应超声速多用途战斗机、未来旋翼机、长航程攻击机、超声速导弹、无人机，乃至商用超声速巡航机、全球到达运输机和地面、舰船用燃气轮机的发展需要，达到降低用户采购成本、改善发动机经济可承受性的目的。
在UEET研宄计划下，GEAE公司拟研制増压比为20的单级高压涡轮通用核心机。由该核心机研制适用于涵道比为8~10的军用运输机发动机和涵道比为2左右的远程轰炸机发动机；将减少级数压气机的核心机用于涵道比为1左右的远程战斗机发动机，Ma=4~6的涡轮联合循环发动机，涵道比为10左右的民用涡扇发动机，可调风扇设计的超声速商用喷气机，以及舰船和工业用燃气轮机。
此外，RR公司将由T56涡桨发动机发展的T406核心机作为通用核心机，改型研制了AE2100 涡桨发动机、AE1107涡轴发动机和AE3007涡扇发动机;计划利用高压压气机压比为7, 10.5, 15的3种通用核心机,分别研制攻击型无人作战飞机、多用途无人机和高空长航无人机发动机。
（作者：李华文 梁春华，沈阳发动机设计研宄所，沈阳110015)
来源：《航空发动机》2006年第32卷第4期,有删减。
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