張晉

2018年，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商而言是“苦練內(nèi)功”的一年。與主制造商時(shí)不時(shí)傳出并購(gòu)重組的搶眼新聞不同，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商似乎顯得更加低調(diào)、務(wù)實(shí)。這一年里，隨著飛機(jī)交付量不斷攀升，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商也火力全開(kāi)，不斷刷新發(fā)動(dòng)機(jī)交付紀(jì)錄。與此同時(shí)，諸多在研發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目也取得了實(shí)質(zhì)性突破，一些新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，如超音速發(fā)動(dòng)機(jī)、混合電推進(jìn)系統(tǒng)、全電發(fā)動(dòng)機(jī)等成為航空動(dòng)力市場(chǎng)的新看點(diǎn)。

2018年，航空動(dòng)力市場(chǎng)“新面孔”的表現(xiàn)也十分活躍。其中，PD-14發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了俄羅斯國(guó)內(nèi)的適航證，更大推力的PD-35發(fā)動(dòng)機(jī)研制也在同步推進(jìn)。中國(guó)在2018年的珠海航展上，首次公開(kāi)亮相了AEF3500（“長(zhǎng)江”2000）寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)模型，讓世界感受到了其進(jìn)軍商用航空動(dòng)力市場(chǎng)的決心。

訂單節(jié)節(jié)攀升

如果從市場(chǎng)占有率的角度來(lái)看，CFM國(guó)際公司無(wú)疑是目前窄體客機(jī)動(dòng)力市場(chǎng)最成功的企業(yè)。從上一代CFM56到如今的LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)，CFM國(guó)際公司都獲得了巨大的成功。

目前，在全球商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)中，CFM國(guó)際公司約占40%的份額。但是，如果僅看窄體客機(jī)市場(chǎng)，這一數(shù)字則直線(xiàn)飆升至70%以上。截至2018年年末，LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)的訂單已經(jīng)超過(guò)16500架。截至2018年7月，LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)已交付1000多臺(tái)，為全球80多家運(yùn)營(yíng)商的150萬(wàn)次航班提供動(dòng)力支持，累計(jì)飛行260萬(wàn)小時(shí)，平均每天要完成11小時(shí)的飛行。與CFM56的最新型號(hào)相比， LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗和二氧化碳排放均降低15%。從這個(gè)角度來(lái)看，LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)與上一代產(chǎn)品相比，其主要指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

在中國(guó)，由于C919大型客機(jī)選用了LEAP-1C發(fā)動(dòng)機(jī)，使其在中國(guó)市場(chǎng)的表現(xiàn)更加引人注目。從1985年至今，中國(guó)累計(jì)訂購(gòu)并接收了8500臺(tái)各型CFM國(guó)際公司生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，目前在役的CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)仍有4500多臺(tái)。2017年11月，首臺(tái)LEAP-1A隨著A320neo交付中國(guó)市場(chǎng)。截至2018年年底，CFM國(guó)際公司已向國(guó)內(nèi)的17家用戶(hù)交付了超過(guò)200臺(tái)LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)，儲(chǔ)備訂單達(dá)到4000臺(tái)以上。

對(duì)于窄體客機(jī)市場(chǎng)的另一家制造商普惠來(lái)說(shuō)，2018年則充滿(mǎn)了挑戰(zhàn)。作為“改變游戲規(guī)則”的一款創(chuàng)新產(chǎn)品，GTF發(fā)動(dòng)機(jī)由于采用了先進(jìn)的齒輪傳動(dòng)技術(shù)，其各項(xiàng)性能比上一代產(chǎn)品都有了質(zhì)的飛躍，但是在運(yùn)營(yíng)初期也遇到了不小的麻煩。

過(guò)去30年，伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平的提高，全球由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障造成的換發(fā)次數(shù)約為每年25次，但是A320neo的大客戶(hù)印度靛藍(lán)航空已接收的32架A320neo所采用的PW1100G發(fā)動(dòng)機(jī)從2016年5月到2017年11月卻換發(fā)了69次，平均每周一次。盡管普惠一直在對(duì)高壓壓氣機(jī)等進(jìn)行改進(jìn)，但問(wèn)題似乎并沒(méi)有得到徹底解決。

2018年2月24日～3月12日，印度靛藍(lán)航空發(fā)生兩起發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)事故。鑒于這一事故對(duì)飛行安全影響較大，歐洲航空安全局（EASA）發(fā)布了緊急適航指令?？湛驮贓ASA發(fā)布指令后決定暫停接收PW1100G發(fā)動(dòng)機(jī)。如今，普惠正在與空客積極合作，希望能夠盡快解決問(wèn)題，而對(duì)于空客來(lái)說(shuō)，這不僅關(guān)系到訂單，更關(guān)乎其交付進(jìn)度。

盡管GTF發(fā)動(dòng)機(jī)在交付初期遇到的問(wèn)題還沒(méi)能得到徹底解決，但客戶(hù)依然對(duì)其未來(lái)的發(fā)展抱有信心。截至2018年年底，全球已有31家用戶(hù)運(yùn)營(yíng)著超過(guò)300架由GTF發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的飛機(jī)，累計(jì)飛行時(shí)間超過(guò)150萬(wàn)個(gè)小時(shí)，節(jié)省燃油7500萬(wàn)加侖。

產(chǎn)能穩(wěn)步提高

截至2018年年底，LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)備訂單為15000臺(tái)，面對(duì)如此龐大的訂單，如何加速交付是亟需解決的問(wèn)題。為了提升交付速度，CFM國(guó)際公司的母公司賽峰集團(tuán)和通用電氣公司已經(jīng)累計(jì)投資了10億美元用于新建生產(chǎn)線(xiàn)和引進(jìn)新技術(shù)。2018年，LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)能從2017年的460臺(tái)增長(zhǎng)至1100臺(tái)，2019年力爭(zhēng)達(dá)到2000臺(tái)。

新技術(shù)的采用是產(chǎn)能提升的重要保證。由GE公司制造的LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴是史上首款采用增材制造技術(shù)進(jìn)行批量制造的商用發(fā)動(dòng)機(jī)部件。以前，該部件需要由幾十個(gè)零件經(jīng)鑄造、機(jī)加、組裝和焊接組合制成，現(xiàn)在由增材制造技術(shù)一次成型，大大提升了效率。

2018年年末，首臺(tái)PW1200G發(fā)動(dòng)機(jī)在日本三菱航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司完成總裝。根據(jù)普惠公司的規(guī)劃，PW1200G發(fā)動(dòng)機(jī)將設(shè)有2條總裝線(xiàn)，另一條位于加拿大米拉貝爾航空中心。接下來(lái)，普惠將與三菱航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司合作，幫助后者盡快獲得美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）的生產(chǎn)許可證，為后續(xù)MRJ系列飛機(jī)的交付運(yùn)營(yíng)做好準(zhǔn)備。

對(duì)于普惠來(lái)說(shuō)，另外幾款產(chǎn)品提升產(chǎn)能的關(guān)鍵在于提升鈦鋁合金風(fēng)扇葉片的生產(chǎn)速度。普惠在新加坡新建的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片生產(chǎn)廠(chǎng)和日本知名的石川島播磨重工業(yè)株式會(huì)社在經(jīng)過(guò)初期的磨合之后，2018年發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的交付速度已有所提高。

與此同時(shí)，普惠還在繼續(xù)布局全球總裝中心網(wǎng)絡(luò)，其中包括：康涅狄格州米德?tīng)栴D、緬因州北貝里克、佛羅里達(dá)州西棕櫚灘、加拿大米拉貝爾、一家由普惠的德國(guó)合作伙伴MTU管理的工廠(chǎng)以及一家由普惠的日本合作伙伴MHIAEL管理的工廠(chǎng)。根據(jù)普惠的規(guī)劃，未來(lái)這些廠(chǎng)區(qū)都可以根據(jù)需要進(jìn)行GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的總裝。預(yù)計(jì)到2020年，GTF的交付量將達(dá)到第一個(gè)高峰，年交付量將達(dá)到1200～1500臺(tái)。

突破技術(shù)瓶頸

在寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)，羅羅和GE這兩家寡頭企業(yè)盡管有著各自不同的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)，但雙方始終專(zhuān)注于通過(guò)提高熱效率和涵道比來(lái)改善傳統(tǒng)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)效率，持續(xù)通過(guò)開(kāi)展循環(huán)參數(shù)優(yōu)化、氣動(dòng)設(shè)計(jì)改進(jìn)和部件耐久性設(shè)計(jì)研究，以提高渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，降低燃油消耗。2018年，兩家制造商在新技術(shù)的研發(fā)上都有了新突破。

2018年，批量生產(chǎn)的遄達(dá)7000發(fā)動(dòng)機(jī)隨首架A330neo交付葡萄牙TAP航空。同時(shí)，遄達(dá)XWB-97也隨著A350-1000投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

在新產(chǎn)品的研發(fā)上，羅羅將工作重點(diǎn)放在了計(jì)劃于2020年和2025年服役的Advance和UltranFan項(xiàng)目上，力求鞏固其通過(guò)遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)樹(shù)立的行業(yè)領(lǐng)先地位。根據(jù)羅羅的規(guī)劃，第一階段的研制工作將以遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)為起點(diǎn)，開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證全新負(fù)載構(gòu)架的Advance核心機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)，目標(biāo)是使新發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗和排放比目前的遄達(dá)700發(fā)動(dòng)機(jī)降低20%。第二階段則以Advance核心機(jī)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證具有顛覆性技術(shù)特征的UltranFan發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，所謂的顛覆性技術(shù)主要是指可變槳距CTi復(fù)合材料風(fēng)扇/機(jī)匣與驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的大功率齒輪系統(tǒng)。未來(lái)，UltranFan發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比將達(dá)到15，總增壓比為70，燃油消耗和污染物排放下降25%以上。

2018年7月，羅羅宣布凍結(jié)概念設(shè)計(jì)，以“Advance核心機(jī)+復(fù)合材料葉片+齒輪箱”為典型特征的UltranFan發(fā)動(dòng)機(jī)各方面測(cè)試結(jié)果良好，預(yù)計(jì)2021年左右完成相關(guān)地面試車(chē)工作，2025年左右投入市場(chǎng)。

對(duì)于航空動(dòng)力市場(chǎng)而言，UltranFan項(xiàng)目不僅代表了突破性技術(shù)和羅羅對(duì)于未來(lái)的宏偉愿景，更是一個(gè)前所未有的覆蓋全推力量級(jí)（從111kN～444kN）的可擴(kuò)展設(shè)計(jì)。這一項(xiàng)目不僅體現(xiàn)了羅羅鞏固寬體客機(jī)市場(chǎng)份額的決心，更體現(xiàn)了羅羅想要重新開(kāi)拓窄體客機(jī)市場(chǎng)的雄心。

為了增強(qiáng)研發(fā)力量，羅羅還為UltranFan項(xiàng)目引入了許多頗具實(shí)力的參與者，如與西班牙ITP公司合作開(kāi)展中壓渦輪設(shè)計(jì)、與GKN公司合作開(kāi)展中介機(jī)匣研制、與利勃海爾公司共同開(kāi)展齒輪系統(tǒng)研制等。

2018年4月，羅羅與空客簽訂共同研發(fā)協(xié)議。預(yù)計(jì)2020年前后，空客將在羅羅的747飛行平臺(tái)上對(duì)UltranFan發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行整機(jī)試飛測(cè)試，并以此對(duì)進(jìn)氣道、短艙、吊架、反推裝置等部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。顯然，這種在飛機(jī)體系結(jié)構(gòu)下的合作，對(duì)于降低未來(lái)飛發(fā)不協(xié)調(diào)的風(fēng)險(xiǎn)、增強(qiáng)潛在客戶(hù)的信心方面是很有幫助的。

2018年3月，GE公司正在研制的當(dāng)今最大的商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)GE9X在747-400飛機(jī)上完成了首次飛行，飛行時(shí)長(zhǎng)4個(gè)多小時(shí)。作為為新一代777X量身定制的產(chǎn)品，GE9X的總增壓比達(dá)到了驚人的60以上。由于壓氣機(jī)后端和高壓渦輪進(jìn)氣口的工作溫度已經(jīng)超過(guò)了現(xiàn)有常規(guī)材料的極限，GE公司投入巨資研發(fā)了第四代粉末合金材料、陶瓷基復(fù)合材料火焰筒及一系列先進(jìn)的冷卻技術(shù)。如果進(jìn)展順利，GE9X將有望在2019年獲得適航證，2020年隨777X一起投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

在下一代發(fā)動(dòng)機(jī)研制上，GE主要專(zhuān)注于新型核心機(jī)的研發(fā)。GE一方面通過(guò)實(shí)施先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器等研究計(jì)劃來(lái)發(fā)展核心機(jī)技術(shù)，另一方面積極研發(fā)新的復(fù)合材料風(fēng)扇等低壓系統(tǒng)來(lái)匹配核心機(jī)。

目前，GE正在開(kāi)展eCore核心機(jī)驗(yàn)證機(jī)研究。eCore核心機(jī)采用了眾多先進(jìn)技術(shù)，如10級(jí)高壓比高壓壓氣機(jī)、雙環(huán)腔預(yù)混旋流（TAPS）燃燒室、全新設(shè)計(jì)的高壓渦輪及短艙等。

新進(jìn)者摸索前行

目前，中俄兩國(guó)都在為其研制的國(guó)產(chǎn)客機(jī)研發(fā)相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。由于俄羅斯在技術(shù)儲(chǔ)備方面要優(yōu)于中國(guó)，因此項(xiàng)目進(jìn)度也要快一些。

PD-14是俄羅斯近年來(lái)第一種自主研制的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)。該項(xiàng)目從2015年開(kāi)始飛行試驗(yàn)，在經(jīng)歷了3年多的試驗(yàn)后，2018年10月，PD-14發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了俄羅斯局方頒發(fā)的型號(hào)合格證。俄羅斯伊爾庫(kù)特公司表示，首架裝有PD-14發(fā)動(dòng)機(jī)的MC-21將在2019年第二季度下線(xiàn)，而配備PD-14發(fā)動(dòng)機(jī)的MC-21計(jì)劃在2021年完成適航取證。

中國(guó)航發(fā)為C919大型客機(jī)研制的“長(zhǎng)江”1000AX發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛推力約為133kN，耗油率水平與國(guó)際新一代窄體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，比上一代發(fā)動(dòng)機(jī)降低約15%。2018年3月，“長(zhǎng)江”1000AX在上海臨港總裝試車(chē)臺(tái)完成了全部調(diào)試工作，正式從技術(shù)驗(yàn)證階段轉(zhuǎn)入工程研制階段。

在寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)上，中俄兩國(guó)都采用了通過(guò)放大和加級(jí)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)推力增長(zhǎng)。這也是目前世界上主流的研制方法，有助于縮短研制周期，降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，減少研發(fā)成本。

2018年，俄羅斯已經(jīng)完成了PD-35發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)的技術(shù)任務(wù)書(shū)，計(jì)劃2019年完成設(shè)計(jì)草圖，2020年完成核心機(jī)的制造和組裝，2022年完成驗(yàn)證機(jī)組裝，2023年完成驗(yàn)證機(jī)試驗(yàn)，力爭(zhēng)在2025年左右獲得俄羅斯國(guó)內(nèi)的適航證。

中國(guó)航發(fā)在2018年珠海航展上首次公開(kāi)亮相了“長(zhǎng)江”2000發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)模型。這是中國(guó)迄今為止研發(fā)的推力最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，最大推力可達(dá)35噸，與裝配787飛機(jī)的GEnx和遄達(dá)1000相近。目前，“長(zhǎng)江”2000發(fā)動(dòng)機(jī)正在進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)驗(yàn)證。由于我國(guó)在此之前從未有過(guò)研制寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，因此，“長(zhǎng)江”2000要真正從紙面變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)還有很長(zhǎng)的路要走。

創(chuàng)新產(chǎn)品奪人眼球

2018年，動(dòng)力市場(chǎng)新概念發(fā)動(dòng)機(jī)的“惹眼”程度毫不遜色于行業(yè)巨頭們正在研制的下一代產(chǎn)品。

2018年10月，GE公司宣布完成了新型民用超音速發(fā)動(dòng)機(jī)初步設(shè)計(jì)。這款名為Affinity的雙軸、雙扇、中涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是專(zhuān)為速度高達(dá)1.4馬赫的三發(fā)（超音速）噴氣式飛機(jī)Aerion AS2而設(shè)計(jì)的，其核心技術(shù)基于CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)。GE公司強(qiáng)調(diào)，在經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)改進(jìn)后，Affinity能讓Aerion AS2飛機(jī)滿(mǎn)足5級(jí)噪音限制要求。

2018年，羅羅投資了英國(guó)先進(jìn)推動(dòng)系統(tǒng)企業(yè)Reaction發(fā)動(dòng)機(jī)公司，并派出技術(shù)團(tuán)隊(duì)支持其開(kāi)發(fā)用于超音速和太空飛機(jī)的動(dòng)力裝置SABRE（協(xié)同吸氣式火箭引擎）。SABRE包含一個(gè)獨(dú)特的“預(yù)冷”換熱器，能夠在幾分之一秒內(nèi)將空氣從1000℃冷卻至零度以下。根據(jù)計(jì)劃，Reaction發(fā)動(dòng)機(jī)公司將在2019年開(kāi)始對(duì)換熱器進(jìn)行高溫測(cè)試，2020年對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)進(jìn)行地面測(cè)試。

在電推進(jìn)系統(tǒng)方面，2018年6月，賽峰集團(tuán)開(kāi)始為貝爾直升機(jī)公司研發(fā)混合動(dòng)力分布式推進(jìn)系統(tǒng)。該推進(jìn)系統(tǒng)將用于貝爾直升機(jī)公司的電動(dòng)垂直起降（eVTOL）空中出租車(chē)項(xiàng)目。該推進(jìn)系統(tǒng)的地面測(cè)試目前已經(jīng)在賽峰直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中心展開(kāi)，測(cè)試內(nèi)容包括渦輪發(fā)電機(jī)、電池和電動(dòng)機(jī)等。

在全電飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)上，電動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)商MagniX公司在2018年對(duì)其研制的260千瓦全電發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)進(jìn)行了首次測(cè)試運(yùn)行。未來(lái)，這家公司還計(jì)劃將其280千瓦的電動(dòng)機(jī)裝配在賽斯納大篷車(chē)（Cessna Caravan）飛行平臺(tái)上，以取代目前的PT6A渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，飛行測(cè)試有望在2019年底之前進(jìn)行。