【长知识】LEAP-1C发动机，助力C919客机首飞成功

导读：今日我国C919大客机首飞成功，而能将飞机安全送上天的关键部件莫过于动力引擎LEAP-1C发动机。作为C919大客机的唯一西方引擎LEAP-1C发动机来说，首飞的成功也标志着该项目的研制进入一个新阶段。

作为CFM苦心打造的利器，LEAP系列发动机的市场前景十分看好。目前，LEAP-1C发动机是中国商飞C919飞机的唯一动力装置（国产的长江发动机还在研制中），其同系列的LEAP-1A和LEAP-1B也将分别为空客A320neo和波音737MAX提供动力。这款被CFM寄予厚望的先进涡扇发动机，无疑将成为未来十几年全球单通道客机动力市场的主要竞争者。

未雨绸缪

CFM56型发动机统治单通道飞机动力市场已近40年，间接帮助股东之一的GE坐上了民用航空发动机市场的头把交椅。但在竞争残酷的民用航空领域，任何参与者都不得不未雨绸缪。

早在2005年6月，CFM就启动了LEAP56计划，研究可用于新型发动机的先进技术，以替换逐渐过时的CFM56。CFM在研制工作正式开展之前，充分听取了各方意见，使产品定位围绕客户需求这个中心，以求新技术带来的好处能在客户身上得到落实。

LEAP发动机的技术演化发展

在4年多时间里，CFM与全球50多家客户进行了面对面沟通，认真听取了他们的看法，并将这些意见与对300多个潜在关键方，包括航空公司、租赁公司、维修厂商、银行以及其他人的调查结合起来。通过充分的调研，CFM认为，在燃油成本高企的大背景下，更低的油耗已经成为航空公司最关键的需求，但同时发动机的高可靠性和低维护成本仍不能忽视。

此外，发动机的气体排放有可能会给航空公司带来额外的开销。目前，已有欧盟对碳排放征收费用的先例，虽一度搁置，但保护环境的大趋势不会改变。在不久的未来，一些国家极有可能对氮氧化物的排放进行征税，低排放发动机势必会得到航空公司的青睐。按照上述思路，CFM开始打造LEAP-X发动机。

充分的市场调研为项目成功奠定了基础，LEAP-X发动机项目推出后，在很短的时间内就取得了惊人的成绩：2009年，LEAP-1C发动机被中国商飞确定为C919飞机唯一动力装置。紧接着，空客在2010年将LEAP-1A发动机确定为A320neo系列飞机的备选发动机。波音在2011年选择LEAP-1B发动机作为737MAX飞机的唯一动力装置。

先进技术

LEAP系列发动机的1A、1B、1C型分别提供给空客A320neo、波音737MAX和中国商飞C919。其中，1A和1C型的技术参数基本一致，而1B型受限于波音737MAX的起落架高度，几何尺寸较前两者有所缩小，其发动机试验也不能和1A/1C同期进行。

LEAP发动机采用了大量先进技术

按照CFM的传统，LEAP系列发动机的核心机由GE研制，与之相配套的低压部分，包括进气道、风扇、低压压气机、低压涡轮、附件机匣和调节系统等，则由法国斯奈克玛负责开发。

LEAP系列发动机所使用的核心机是GE航空集团“eCore”研发项目的首次实际应用。其核心机的压比是目前CFM56发动机的2倍，拥有8级压气机、第2代双环预混旋流器（TAPS II）燃烧室和1个单级高压涡轮。它的结构更简单紧凑、重量更轻，压气机和涡轮承载能力更强、效率更高，发动机的调节和控制系统更先进。

LEAP-1A/1C的涵道比达到了11，是CFM56发动机的两倍，可以有效地降低噪声并提高推进效率。风扇直径为1.98米，叶片为先进的碳纤维复合材料制成，数量只有18片，总重为76千克。相比之下，CFM56系列发动机的风扇直径为1.55米，有24个叶片，总重达118千克。

为了大幅度减重，LEAP系列发动机的风扇叶片边缘采用钛合金，叶片主体材质为采用三维编织树脂模传递成型技术（3-DW RTM）制造而成的复合材料。这项技术源于斯奈克玛公司20世纪90年代进行的“高效、静音复合材料风扇叶片”(MASCOT)研究项目。试验结果表明，应用该技术制成的叶片不仅重量轻，而且结构牢固，抗大体积鸟撞击能力强，制造成本却相对较低。

LEAP系列发动机在风扇机匣上也采用了复合材料，其包容性能及强度均优于金属机匣，而且不会被腐蚀，便于维护，为发动机带来的减重效果也十分明显。低压涡轮采用了新一代三维气动设计,转子叶片使用了先进的耐高温、重量轻的钛铝金属间化合物材料。低压涡轮导向器叶片使用陶瓷基复合材料制造，其质量仅为传统材料的1/2，但可耐1200℃以上的高温，并且不需要冷却，易于加工。

LEAP系列发动机被设计成了一体化推进系统,发动机短舱和反推系统得到了集成，这尚属首次（目前应用在LEAP-1C上）。值得注意的是，短舱和反推装置的制造商奈赛公司（Nexcelle）是GE旗下的MRAS公司和法国赛峰集团旗下的Aircelle公司各出资50%组建的，与CFM公司的构成如出一辙。显而易见，GE和赛峰良好的合作关系，在LEAP项目上得到了加强。推进系统的集成，将有助于实现更好的空气动力性能，降低总重，提高可维护性。

通过一系列技术创新，LEAP发动机将在CFM56-5B/7B的基础上，降低15%的油耗和15%的二氧化碳排放，噪声比现行的第Ⅳ阶段标准低15分贝，相当于在现有基础上降低50%。此外，氮氧化物的排放也比国际民航组织（ICAO）的现行标准降低50%～60%。

激烈竞争

目前，LEAP发动机项目进展顺利。2014年10月，LEAP-1C试飞成功，第一台LEAP-1B也于6月在法国开始了测试。

LEAP-1C发动机最终的2016年获得EASA和FAA适航认证

尽管看起来一切顺利，但LEAP系列发动机依旧面临激烈的市场竞争。LEAP系列发动机的主要竞争对手之一——普惠PW1000G系列发动机已经捷足先登，分别于2013年9月16日驱动庞巴迪CS100、2014年9月25日驱动空客A320neo完成了首飞。近年来，普惠在民用发动机市场的份额日渐下滑，推出PW1000G就是其蛰伏多年后的一次大动作。

普惠对齿轮传动技术（GTF）进行了20多年研究，认为GTF将使未来的发动机性能发生重大变革。GTF主要解决的是传统发动机双转子布局中风扇和低压涡轮共轴所带来的效率问题，以便提高发动机的燃油效率。普惠宣称，PW1000G比现有同级别发动机实现油耗降低10%～15%（注：航空运营商的实测结果显示甚至超过了16%），氮氧化物排放减少50%，噪声比现行的第Ⅳ阶段标准低20分贝。

与此同时，在下一代发动机的技术革新方面，以三转子布局独树一帜的罗罗公司，正在着手研制“开式转子”发动机。罗罗公司目前正在研发的产品，其设计涵道比将大幅提高。罗罗宣称该发动机架构与先进涡扇发动机相比能降低10%～15%油耗，与现役涡扇发动机相比能降低30%，二氧化碳的排放量减少30%，前景十分诱人。目前，这项技术炙手可热，各大制造商都在加紧进行研究，但形成产品还需时日。

而在发动机的可维护性方面，CFM宣称LEAP系列发动机的维护成本与CFM56相当。考虑到CFM56优秀的可维护性，LEAP系列发动机维护成本亦将处于较低水平。普惠提出PW1000G的维护成本比用于A320的V2500发动机低20%。但业界普遍认为，普惠引以为豪的齿轮传动技术增加了系统的复杂度，这或将导致维护成本的提升。

目前，从订单数来看，与PW1000G相比，LEAP系列发动机略占优势，但从长远来看，航空发动机的市场之争将更加激烈。

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来源：《大飞机》杂志，2014年第6期，有适当修改。

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