CJ-1000A作为C919的配套发动机,是我国第一个具有完全自主知识产权、严格按照民航适航要求研制的大涵道比涡扇发动机,其总体性能瞄准当前国际上最先近的LEAP发动机。其研制使得我国在航空发动机研制领域获得了较大的提升,而这些提升直接、间接的,会对我国海空军动力系统的升级起到重要作用。
和很多人想法相反的是,现在在民用航空动力领域占据垄断地位的大涵道比涡轮风扇发动机,最初并不是为民用航空而开发的,而是源自上世纪60年代美国空军的“喷气式大型远程运输机项目”(CX-HLS)。最终洛克希德·马丁公司的方案中标,演化为著名的C-5“银河”战略运输机,其配套的发动机为通用电气公司的TF39;落马的波音方案后来则发展成具有划时代意义的波音747。因此,如果没有大涵道比涡扇发动机研发,人类航空运输行业便不可能迎来这次巨大的变革。
现代航空业对于发动机性能的追求是无止境的,要提升发动机的总体性能,需提高发动机的涵道比、总压比和涡轮前温度。国际上大涵道比涡扇发动机的发展大致分为四代,每一代技术进步都伴随着更大的涵道比、更高的总增压比和涡轮前温度的提高。自上世纪末发展至今的第四代大涵道比涡扇发动机,涵道比达到8.0~11.0,总增压比达到40~52,涡轮前温度达到1500℃以上,叶片采用了新一代的三维气动设计,风扇叶片和机匣广泛采用复合材料制造,并采用智能化发动机状态监视系统等,代表发动机有GEnx、TrentXWB以及LEAP系列等。
商飞已经选定了CFM国际公司的LEAP-1C型发动机作为现阶段C919的动力,并计划引进LEAP-1C发动机的组装线在国内生产。
LEAP-1C为双转子大涵道比直驱涡扇发动机,采用了包括三维编织树脂模传递成型(Three-dimensional Woven Resin Model Transfer Molding,简称3-D WRTM)复合材料风扇叶片、复合材料风扇机匣等在内的先进技术,是典型的第四代大涵道比涡扇发动机。涵道比约为11,推力约为124~134kN,由1级风扇、3级增压级、10级高压压气机、单环形燃烧室、1级高压涡轮及7级低压涡轮组成,与最新的CFM56发动机相比,LEAP发动机单体的燃油消耗减16%,二氧化碳排放量也大幅降低。
与之对比,CJ-1000A为双转子大涵道比直驱涡扇发动机,涵道比约为9,推力约113~127kN,由1级风扇、3级增压级、10级高压压气机、单环形燃烧室、2级高压涡轮及7级低压涡轮组成。风扇直径约为1.95米,风扇叶片采用三维宽弦弯掠设计,数量为18片,材料为TC4钛合金;低压压气机为3级,高压压气机为10级。
CJ-1000A的叶片均采用三维气动设计,提高了压气机的效率,第1~4级高压转子为整体叶盘设计,降低高压压气机重量;单环腔燃烧室(SAC)采用贫油预混燃烧,氮氧化物等污染物排放比CAEP-6标准规定的排放值降低50%;高压涡轮为2级,叶片采用空心设计,带有气膜冷却孔,机匣采用带主动间隙热控制的结构;低压涡轮为6级,叶片为实心带冠精铸叶片,采用高升力叶型以减少叶片数目降低涡轮重量,机匣为整体机匣;控制系统为全功能数字式燃油调节系统FADEC和新一代发动机健康管理系统,可对发动机的状态进行实时监控和精确调节。
在涵道比、总压比、涡轮前温度等大涵道比涡扇发动机的关键指标上,CJ-1000A都达到了国际上典型的第四代大涵道比涡扇发动机的水平,但受限于国内相对薄弱的航发材料基础,在叶片材料和机匣材料上仍然较为保守,只达到国际第三代涡扇发动机的水平,这会导致发动机整机的重量较大,对经济性产生一定的影响。综合评价,现阶段的CJ-1000A处于第三代和第四代之间的技术水平,优于CFM56的最新改型CFM56-7系列,不及LEAP系列。
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