火心

近年來，我國航空工業(yè)捷報頻傳，國產大飛機Y-20、C919已浮出水面，只待最后的破殼成蝶。然而，讓我們感到尷尬的是這兩型大飛機的“心臟”卻分別采用俄制D-30KU/KP發(fā)動機和CFMI公司研制的LEAP-X發(fā)動機。我國這兩只“大鵬”若想與國際同類產品一較高低，一顆健康且國產的“龍心”才是我國大飛機計劃的關鍵節(jié)點。

從上世紀80年代至今，美國的CFM56系列發(fā)動機憑借優(yōu)異的性能成為各國大飛機的“夢中情人”，也是我國航發(fā)工業(yè)在很長時間內的追趕目標。但事實上我國只能選定俄羅斯的D-30KP-2發(fā)動機作為起步目標，PS-90A-76為過渡目標，并立足自我的“太行”衍生大渦扇作為我國的航發(fā)的長期目標。

作為蘇俄代表性大飛機伊爾-76運輸機的動力系統(tǒng)，D-30KP系列在蘇俄大渦扇領域有著很重要的地位，它也是我國空軍大型飛機的“心臟”，且我國也進行了仿制，命名為WS-18。

Y-20選用了D-30KP系列發(fā)動機作動力，說明我國國產大渦扇仍未達到可用地步。若WS-18能國產化，就不用在動力系統(tǒng)方面看俄羅斯的臉色。WS-18在我國的主要應用領域是我國的H-6的換發(fā)以及伊爾-76的延壽換發(fā)。但未來量產的運-20必須是“龍心”，而不是帶有俄羅斯色彩的WS-18。WS-18雖不能成為未來大運的“心臟”，但在“龍心”未成熟之前，臨時應急一下還是可以的。

作為D-30KP系列的后續(xù)型號，中等推力量級的PS-90A發(fā)動機配裝在伊爾-96、圖-204等大中型客機上，可以繼續(xù)鞏固俄在大渦扇領域的地位。但因蘇聯(lián)解體，PS-90S發(fā)動機陷入了困境。

俄羅斯政府還是認識到PS-90A對本國航空工業(yè)的重要性，仍堅持該型號的改進升級工作。PS-90A發(fā)動機的整體水平達到了俄羅斯航發(fā)工業(yè)的最高水平，但因與西方同類產品依然存在著不小的差距，因此除了俄羅斯的航空市場，民用版PS-90A基本沒有國外訂單。不過，其軍用版PS-90A-76發(fā)動機因用戶的特殊性卻有另一番火紅的現(xiàn)象。

作為伊爾-76運輸機的換發(fā)動力系統(tǒng)，俄羅斯對PS-90A-76發(fā)動機呵護有加，并在新世紀后取得了巨大成功。正是由于PS-90A-76的成熟，伊留申聯(lián)合體正式開發(fā)基于伊爾-76系列的深度改良型大運——伊爾-476。它被稱為第四代伊爾-76（前三代依次為基本型、伊爾-76MD/TD、伊爾-76MF）。

一、中國大鵬的夢想之心——CFM56系列發(fā)動機

在大渦扇領域，無論從哪里角度論述，都不得不提到一位重量級選手——美國的CFM56系列發(fā)動機。CFM56系列發(fā)動機自誕生之日起，至今都無人能撼動其確立的長達數(shù)十年的霸主地位。

CFM56系列是在GE公司的F101核心機的基礎上，為適應20世紀80年代后國際軍民用大飛機市場的需求而研制的100KN級高涵道比渦扇發(fā)動機。從它的的第一個型號CFM56-2于1979年11月取得適航證后，到現(xiàn)在已經發(fā)展了CFM56-2、CFM56-3C、CFM56-5A、CFM56-5B、CFM56-5C、CFM56-7等6個系列，共28個型號，其推力范圍覆蓋了71—151KN，已經成為全球22個型號飛機的動力系統(tǒng)。

到目前為止，使用中各型CFM56系列發(fā)動機達到20000多臺，發(fā)動機累計工作時間超過了3億飛行小時。使用中的由CFM56系列發(fā)動機作為主動力的飛機超過6000架，目前我國使用的幾型CFM56發(fā)動機共約有1000臺。

二、我的中國心——國產“太行”衍生大涵道比渦扇發(fā)動機

將我國大飛機的工業(yè)命脈交他國掌握是不可能的。我國外購他國的大渦扇只是權宜之計，具有“中國心”才是我國大飛機工業(yè)的終極追求。

我國高層在屢次撞墻后才真正認識到航發(fā)之于一國的重要性，從上世紀80年代開始從國家戰(zhàn)略層面科學而周密地制定了我國未來航空工業(yè)的發(fā)展計劃。其中更將航發(fā)工業(yè)列為重中之重，新世紀后終結碩果。其中仿效歐美的核心機計劃則是最為關鍵的環(huán)節(jié)。近幾年來，幾代航空人力圖改變航發(fā)工業(yè)困局的努力終現(xiàn)曙光。該計劃覆蓋了我國目前以及可預見的未來航發(fā)工業(yè)全領域的所有動力型號，它為我國未來諸多航發(fā)型號系列化發(fā)展提供一臺合適的核心機，尤以 “太行”核心機最具代表性。我國的大渦扇也因此受益。

基于我國目前整體國力的大幅度上升及借鑒國外航發(fā)工業(yè)的相關技術，我國大渦扇事業(yè)是以1990年以后的技術水平為起點（代表產品有CFM56-5系列，GE90、GEnx、遄達800系列等）。同時，軍用大渦扇在研發(fā)之時也兼顧民用大飛機的動力系統(tǒng)，做到兩者兼顧，互通有無，縮短戰(zhàn)線，集中力量，重點突破。

“十五”期間，我國效仿西方航發(fā)強國，正式啟動了我國航發(fā)核心機計劃——航空推進技術驗證計劃（APTD），開啟了我國航發(fā)工業(yè)的新篇章。有些企業(yè)和研究機構的科研人員針對伊爾-76換發(fā)技改的未來需要，以已成熟的“太行”發(fā)動機的核心機為基礎開展了“大涵道比渦扇發(fā)動機設計計劃驗證”和“多級低壓渦輪設計技術驗證”等相關課題的研究，進行了涵道比為3和5—6的兩種發(fā)動機的總體方案與低壓部件設計，并成功構建超大涵道比渦扇發(fā)動機的試驗平臺（驗證性試車），取得了顯著的成績。

通過上述的課題研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，涵道比為3的發(fā)動機主要是定位于伊爾-76的換發(fā)技改方案。該方案基本保持與D-30KP-2發(fā)動機的外形不變，發(fā)動機吊艙也基本保持不變。該方案較D-30KP-2性能有著一定的提升，且我國完全掌握核心知識產權，不會在關鍵技術方面受制于人。同時，由于核心機定位相差30年，起飛耗油率減少了約10%，巡航耗油率降低了5%。該方案基于我國大量服役的H-6轟炸機及未來戰(zhàn)略轟炸機的動力考量，用它的先進技術對D-30KP-2的中國版WS-18進行技術改進也是可以的。若該方案真能成功，那么我國目前大量以D-30KP-2為動力的飛機則完全用得上自己的“心臟”，不用再看俄羅斯的臉色了。endprint

涵道比為5—6的項目則是完全遵循國際上大渦扇的發(fā)展潮流設計的。根據(jù)“太行”總設計師張恩和介紹，該項目的追趕對象為國際上大名鼎鼎的CFM56-5系列發(fā)動機。沈陽動力所按照核心機計劃為基礎，以派生衍生為設計方法，進行該項目的總體性能設計。在成熟的核心機的基礎上，重新設計了低壓部件、風扇、增壓級、低壓渦輪和內外涵、尾噴管并進行了地面臺架性能和部件匹配性試驗試車，完成了全轉速運轉，發(fā)動機運行穩(wěn)定，匹配性良好。進口直徑擴展到1.7米左右，海平面空氣流量大于380Kg/s，起飛推力定位在12000kgf的級別，涵道比>5，巡航耗油率約為0.6Kg/（Kgf·h），比D-30KP-2大約降低15%，起飛耗油率約降低30%。

2007年我國正式啟動大飛機計劃，隨即大運配套動力也被列入專項重點工程，加快了大渦扇的研制步伐。2009年9月28日，型號總承（生產）任務落戶西安航空發(fā)動機公司。根據(jù)大飛機的規(guī)劃，我國將分別研制軍用大飛機和民用大飛機。配套動力系統(tǒng)雖有軍民用之分，不過軍民用發(fā)動機之間的通用性較高，兩者之間的差距不是太大。上海世博會上，我國展出了商發(fā)模型（SF-A）。根據(jù)推測，SF-A的真實身份應是大運飛機/驗證機的全尺寸金屬樣機。隨后，SF-A的首臺原型機也成功進行了地面試車。根據(jù)公開資料可知，SF-A的軍用型號為WS-20。根據(jù)國際上大渦扇的發(fā)展歷程可推測，WS-20已經解決了最難的核心機的問題，進入細節(jié)完善階段。若進展順利，估計再有2—3年，WS-20就可以進入試飛階段，這點正好切合我國大運設計定型的時間節(jié)點。

三、我的未來不是夢——展望未來大渦扇

基于“太行”核心機衍生發(fā)展而來的大渦扇的推力范圍是在10000—15000kgf，完全符合當前我國在役大飛機及運-20的動力需求。不過考慮到目前運-20只是我國解決大飛機的有無問題，并不是我國對大飛機的終極追求?？梢灶A見，隨著我國綜合國力的大幅提升，我國在運-20定型之時，甚至尚未成熟之前，定會對未來大飛機進行前期預研，估計未來大飛機的技術指標定位在起飛總重200噸以上，甚至可能接近C-17。當然，對運-20改型也將拉開序幕。由此可見，對發(fā)動機的推力增長提出了更高的要求。為了縮短新型號的研制周期，降低技術風險，我國設計師會采用核心機派生發(fā)展方法，以“太行”核心機為基礎，采用核心機比例縮放，加減級數(shù)，來擴大核心流量變化范圍，使得系列化發(fā)動機的推力范圍更加廣泛。這也是國際上航發(fā)工業(yè)強國發(fā)展發(fā)動機的成功經驗。

綜上所述，我國的大渦扇事業(yè)隨著大飛機計劃的啟動也進入了快車道發(fā)展階段。WS-18的仿制則為我國目前的伊爾-76提供了充實的動力儲備，同時也為H-6轟炸機的換發(fā)提供了最為理想的選擇目標?；径ㄐ偷腤S-20雖然沒能趕上運-20的首飛，但為未來“純血統(tǒng)”的優(yōu)化開出了最有效的“藥方”，也為運-20的升級版留下了令人想象的空間。而不時傳出好消息的在研高推比核心機則為我國大飛機屹立世界強手之林奠定了最堅實的基礎。

資料補充

中國民用大涵道比渦扇發(fā)動機CJ1000A發(fā)動機

作為本世紀的國家重點工程，我國先后啟動了運-20大型運輸機和C919干線客機研制。2012年底，運-20終現(xiàn)江湖，讓我國對大飛機夢想多年的夙愿終于實現(xiàn)。C919雖未問世，但其模型已經在國內各種展會上頻頻亮相，其風頭一點也不比運-20差。和運-20一樣，C919能否成功如商飛公司所說的那樣按照2016年的節(jié)點完成研制交付，其重點和運-20一樣，仍主要取決于大飛機的發(fā)動機的研制進度。和運-20的動力系統(tǒng)采用國外引進和立足自主兩條腿走路一樣，C919的動力系統(tǒng)也是如此，分別為引進由CFM公司研制的LEAP-X發(fā)動機和國產CJ1000A發(fā)動機。這兩款發(fā)動機都曾在珠海航展上以全尺寸模型形態(tài)亮相。

LEAP-X發(fā)動機是一款已經基本完成研發(fā)的優(yōu)秀大涵道比渦扇發(fā)動機。CFM出品的CFM56系列發(fā)動機幾十年來橫掃全世界。LEAP-X雖仍在孕育，但憑借其“師兄”打下的名頭，雖未正式“出師”，便以先進技術確立自己的“江湖地位”。

2009年12月21日，中法兩國正式簽訂兩國合作文件，決定在中國合作建立一條LEAP-X發(fā)動機的生產線，并確定該發(fā)動機也是C919選用的唯一國外啟動動力裝置。

國外引進的替代品身手不凡，而國產型號也是身懷絕技。作為C919最重要的配套設備，大涵道渦扇發(fā)動機的研制在大飛機立項之前就已經進行了深入而詳細的研究。隨著大飛機項目的啟動，配套動力CJ1000A隨之正式立項，研制進入了快車道。

和國產軍用大渦扇一樣，CJ1000A也是采用國產WS-10“太行”渦扇發(fā)動機的核心機。 “太行”在設計之初大量借鑒CFM56的設計思想。因此，“太行”核心機的起點是相當高的，采取了寬弦、復合彎掠葉片和數(shù)字式發(fā)動機控制技術等先進技術，因此整體性能較好。具備高效、低油耗、維護性好等特點。不過，我國有關部門考慮到我國在相關領域存在著技術差距，有關部門選擇了德國的MTU作為合作伙伴，共同研發(fā)CJ1000A發(fā)動機。雖然，CJ1000A是由中德兩國傾力打造，但是我國經過多次的深刻教訓，雖然采取合作方式，不過我國仍堅持采用“太行”核心機為CJ1000A的核心機，只是在某些附件方面依仗德國人。這也就從根本上掌握著CJ1000A的研制主動權。

從珠海航展上公開的模型看，CJ1000A采用了類似LEAP-X的寬弦彎掠式風扇葉片技術、風扇葉片總數(shù)為19片。雖然其核心機仍為“太行”核心機，不過其涵道比卻顯著增大，約為9左右。這也是目前大飛機普遍采用的設計，因此其進氣量和推力應該優(yōu)于WS-20發(fā)動機。這也為以后WS-20的改進改型提供了堅實的技術儲備。目前，CJ1000A正在進行緊鑼密鼓的研制，有望在2020年左右完成全部研制工作，并配裝在C919飛機上。■endprint