中国C919大飞机所配国产SF-A发动机图文浅析

    2009年11月3日，可匹配未来“国字号”大飞机C919的首款国产飞机发动机模型，在上海2009中国国际工业博览会上亮相，这预示着中国正在迈出大飞机心脏国产化研制的重要步伐。该发动机型号SF-A，是一款推力范围为12000至13000公斤力(kgf)的大涵道比涡扇发动机。中新社发 潘索菲/摄

    新华网上海11月2日电 2日，中国自主设计、研制的首款国产飞机发动机模型在于上海举行的2009年中国国际工业博览会预展上首次揭开面纱。

    这款模型所描述的发动机SF－A，由隶属于中国航空工业集团公司的中航商用飞机发动机有限责任公司设计、研制，可满足大型客机的动力需求。

    这是今年1月成立的中航商用飞机发动机有限责任公司首度在上海工博会布展亮相。中航商发隶属于中国航空工业集团公司，是中国研发商用飞机发动机、研制满足国产大飞机需求的下一代发动机、未来面向全球市场提供航空发动机相关产品和服务的国家航空领域项目总承制单位。

    作为中国民机发动机总承制商的中航商用飞机发动机有限责任公司2日同时宣布，将于2010年初步建立涡扇发动机总体设计体系，初步具备涡扇发动机总体设计技术能力，目前正在组织开展关键技术攻关。

    在此次工博会上，中航商发共展出了三个展品。除SF－A模型之外，还有中国航空工业集团公司研制的推力3000至4000公斤力大涵道比涡扇发动机模型和展示中航工业集团公司制造能力的串装件。

    其中，大涵道比涡扇发动机可作为商务飞机或支线飞机的动力，由1级风扇、3级增压压气机、7级高压压气机、短环燃烧室、1级高压涡轮、3级低压涡轮、简单收敛喷管以及全权限数字控制（FADEC）系统等组成。

    串装件展示了民用航空发动机的主要零部件，中航工业具备按照国际标准生产民用航空发动机部件的能力，包括风扇、风扇机匣、低压压气机叶片（盘）、高压压气机叶片（盘）、压气机机匣、高压涡轮叶片（盘）、低压涡轮叶片（盘）等。

    2009年9月8日，C919官方设计模型在香港航展上首次亮相。C919将采用超临界下单翼、翼吊两台先进涡扇发动机、常规平尾、前三点式可收放起落架布局形式。目标市场是立足国内市场，同时面向国际市场，将试图在竞争力上全面超越目前市场上的主流机型空客A320和波音B737，做到与A320、B737的后继机型相比在技术上不落后。

    737系列使用的CFM-56发动机，CFM国际公司是美国通用电气(GE)公司和法国斯奈克玛(Snecma)公司各占50%股份的合资公司，是重要的民航发动机供应商，全球投入使用的CFM56系列发动机数量达14400台。CFM56发动机在其所覆盖的推力（85～155千牛）范围内，在全球共占据了约88%的市场领地，其中包括：所有（100%）的新一代波音737系列飞机都采用CFM56；大部分（约60%）的空客A320系列飞机采用CFM56。所有（100%）的四发空客A340各型飞机都采用CFM56；

    预计C919初期很可能使用CFM-56发动机的后继型号LEAP-X。因为其它公司要么没有同级别产品，要么就是研制进度远落后于LEAP-X，要么就是性能只略领先于CFM-56而较LEAP-X逊色(但可作为LEAP-X的备份选择)。

    C919承载着中国自行研制民航干线客机的梦想。2006年1月，全国科技大会将大型飞机项目列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006——2020年)》确定的十六个重大科技专项之一。

    负责设计大飞机项目的中国商用飞机有限责任公司（简称中国商飞）经国务院批准成立，由国务院国有资产监督管理委员会、中国航空工业集团公司、上海国盛(集团)有限公司、中国铝业公司、宝钢集团有限公司、中国中化集团公司共同出资组建，注册资本190亿元人民币。中国商飞公司为国家控股的有限责任公司，总部设在上海。

    2007年2月，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，批准大型飞机研制重大科技专项正式立项。2007年8月，中共中央总书记胡锦涛主持中央政治局常委会，听取并同意国务院大型飞机重大专项领导小组关于大型飞机重大专项有关情况的汇报，决定成立大型客机项目筹备组。C919民航客机的研制，代表着中国的国家意志。

    但最终决定大飞机项目成败的，仍然是市场销售和飞行安全的无情考验。

    C919大飞机需要飞越研制成功和商业成功两道大关。

    售价远远不是航空公司决定是否购买一架飞机的主要因素，飞机的质量、可靠度、油耗、维护和配件费用，环保与适航标准考核取证，飞行员及地勤人员培训体系，乘客的舒适度和满意度反馈，乃至销售体系与金融服务都非常重要。

    波音公司的系列客机使用了“B7×7”字头

    波音公司的B7系列客机，与C919同处150-200座级的B737系列（737-8、737-9等），将是C919的主要对手之一。波音737系列飞机的公开市场报价("目录价格")大约是6800万美元，实际成交价根据订购数量与配置的不同，从5800万美元到7300万美元不等。

    空中客车的系列客机使用了“A3”字头

    空中客车的A3系列客机，与C919同处150-200座级的A320系列(319、320、321等)，将是C919的主要对手之二。空客A320系列飞机总体比B737系列小一些，目录价格大约是5900万美元。若C919售价低于5000万美元，则比A320和B737低约15%—25%。

    中国大飞机选定C9字头作为系列客机的命名，寓意是天长地久，并表明立志要跻身国际大型客机市场，要与Airbus(空中客车公司)和Boeing(波音)一道在国际大型客机制造业中形成ABC并立的格局。

    中国大飞机系列第一个型号为“C919”，为150至190座单通道双发客机；第二个型号为“C929”，为250至290座双通道双发客机。波音公司日前预测未来20年中国将需要3770架C919类型的飞机，按全寿命期计算，这将是4000亿美元的生意。“中国是商用飞机最有活力的市场”。

    国产大飞机的机头样机已于9月在生产制造歼-10战机的成都飞机工业公司开工，中国的各大航空生产厂都接到了C919客机的分包制造合同，此前它们均有为波音空客分包生产客机组件的经验，这是第一次为本国的民航干线客机接包生产。(CCTV截屏)

    资料图：在天津滨海新区总装线组装的A320机头，空中客车公司表示，今后要基本实现除发动机外的大部件在中国本地的生产和总装。

    中国商飞总经理金壮龙（中），中共四川省委常委、成都市委书记李春城（右），中航工业副总经理顾惠忠（左）共同启动首件零件开工按钮。

    在天津的空客A320客机总装线是空客在欧洲之外的唯一总装线，大部分国产化的空客A320客机将是C919未来的主要竞争对手。这种单通道150-200座级别的客机也是中国航空市场上最受欢迎的机型，因为对航空公司来说，在调配设置航线时比更大的飞机要来得灵活。

    中国商飞表示，C919的设计使用了当今行业通用的先进设计软件(CCTV截屏)

    A319

    A319

    波音B737-800，简称738，是当今中国航空客运市场上应用最广泛的机型。

    中国人的出行已全面进入航空时代

    中国人的出行已全面进入航空时代

    CFM公司制造的LEAP-X型号发动机，被称为第一种第三代民用航空涡扇发动机。这是2009年6月12日在GE集团位于俄亥俄州埃文代尔(Evendale)的高空试验台上，LEAP-X发动机的核心机（高压压气机、高压涡轮和燃烧室）首次点火的图片。

    这里将在整个飞行包线内检验涡轮和燃烧室的性能。LEAP核心机拥有8级压气机、1个单级高压涡轮和先进的第二代双环预混旋燃烧室（TAPS II）。这是CFM母公司美国GE集团被称之为“eCore”的发动机核心机研发项目的首次应用。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。

    目前LEAP-X核心机单级高压涡轮的设计压比是16。2011年中期开始测试压比为22或23的两级高压涡轮，初始设计将在今年年底冻结。CFM需要从两种不同类型的核心机中提取大量数据进行分析，从而最终确定是采用单级涡轮还是两级涡轮。

    CFM公司说：“我们希望核心机能有更高的热效率，我们想要提高核心机的温度从而提高热效率，以此确保涡轮叶片的效率和耐久性。LEAP-X将会是一个优异的发动机，将是行业领先的CFM56系列发动机的完美继任。 ”

    按CFM公司的传统，由斯奈克玛公司负责开发与GE研制的核心机配套的低压部分，包括进气道、风扇、低压压气机、低压涡轮、附件机匣、调节系统等。

    2009年6月，在GE公司位于俄亥俄州Peebles的室外试验台，对Leap-X发动机的风扇和压气机进行首次测试(安装在现有的CFM56-5C发动机上)。在被运到Peebles之前，风扇和压气机已在斯奈克玛位于法国Villaroche的基地完成了气动及性能试验。目前已成功完成了广泛的侧风试验，正在进行声学试验以测量在多种不同运行条件下的噪音水平。Leap-X的压气机大幅度增加了压比。

    出于市场竞争力的衡量，在近期，中国的C919飞机也不可能选择CFM系列之外的发动机。因为对于商业市场上的民航客机来说，其必须满足直接客户——航空公司的四大需求：油耗、可靠性、乘客舒适度和机队运营成本。这四点与同时代水准稍有差距，就会陷入毫无订单的窘境。

    按照“LEAP-X”项目总经理魁尼奥的估计，“LEAP-X”新一代发动机面世后将全面取代现在的CFM56系列发动机，并将在未来30~40年间继续称霸单通道飞机发动机市场。

    LEAP-X是为有可能在未来十年进入服役的下一代中短程客机而研制的一款新的发动机，其核心目的是采用先进的复合材料和合金制造技术，减轻发动机重量从而降低油耗。首台全尺寸验证机预计2012年开始试车，LEAP-X发动机计划2016年取证。

    LEAP-X计划的目标包括：与当前装配空客A320和波音737系列飞机的CFM56系列发动机相比，发动机油耗降低16%，如果再结合新的飞机技术，油耗还可以进一步降低；二氧化碳(CO2)排放量的降低与油耗的降低相当；与当前国际民用航空组织（ICAO）的CAEP6的排放标准相比，LEAP-X发动机的氮氧化物(NOx)排放量可以降低50%～60%。

    事实上，CFM公司的发动机各方面性能一直处于行业领先地位，与其背后的“科技含金量” 是息息相关和密不可分的，就是美国通用电气公司和斯奈克玛公司双方各自在高科技研究领域的巨大投入。

    斯奈克玛公司90年代与法国国家航空航天科技研究院(ONERA)和法国国家科技研究中心(CNRS)合作，研究先进集成燃烧系统，目标是对环境进行最大限度的保护，减少发动机在工作过程中的氮氧化合物、碳黑等污染物排放，降低噪声，减少燃油消耗；研究机械工程先进计算方法，为未来发动机设计开发作准备，内容包括固体力学、振动学、结构动力学、复合材料建模、接触摩擦损伤等，以便精确预测结构在常温或高温环境下的使用寿命。

    除了斯奈克玛研发的碳纤维风扇，GE还对陶瓷基复合材料技术进行了25年多的研发。这种超轻的材料适合在高压涡轮内极其高温状态下工作。

    LEAP-X与现有最新的CFM56喷气发动机相比，力争将发动机单体的燃耗削减16%，其中7.%％将通过优化涵道比实现，7.0%将通过革新压缩机、燃烧器及CFD（计算流体动力学）等核心技术实现，而剩余的1.5%将通过改进发动机系统实现。

    在有助于提高燃效的高涵道比方面，力争从目前的5.5左右提高至9以上，这是一个惊人的数字。

    CFM56喷气发动机正是把涵道比从较低的数值提升到中高值，成为第二代民航涡扇发动机，其油耗比被其取代的低涵道发动机降低了20%，同时还建立了新的可靠性标准。

    而今LEAP-X将以更高的涵道比，进一步降低16%的油耗，将成为第三代民航涡扇发动机。在高油价时代，发动机油耗是航空公司最为关注的指标，也是一架客机商业成功与否的生死线。

    Leap-X将采用一个比CFM56发动机大16%的风扇，直径为1.8米，现有的民航主流CFM56系列发动机风扇直径为1.55米。

    为了大幅度地减重，Leap-X发动机的风扇叶片边缘将采用钛合金，叶片本身将采用利用3-D组合碳纤维转化浇铸方法生成的复合材料，这是一个巨大的技术进步。Leap-X发动机的18个1.8米叶片总重为76千克，而CFM56系列发动机的24个1.5米叶片总重118千克。

    这一技术进步来源于斯奈克玛公司90年代进行的“高效、静音复合材料风扇叶片”(MASCOT)研究项目提供的技术储备，当时研究了大直径复合材料风扇叶片的空气动力学、声学、力学原理，以提高发动机性能，降低燃油消耗，减少噪声和污染排放等；结果表明，应用该技术制作的叶片不仅重量轻，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。

    CFM计划在2012年进行验证型发动机机试车，并争取在2016年取证，其时恰逢C919客机定型投产。

    预计C919很可能使用CFM-56发动机的后继型号LEAP-X。因为其它公司要么没有同级别产品，要么就是研制进度远落后于LEAP-X，要么就是性能只略领先于CFM-56而较LEAP-X逊色(但可作为LEAP-X的备份选择)。这也将是国产发动机SF－A未来的强劲对手。

    在采用了节油16%的发动机外，C919自身还需通过优化气动布局、采用复合材料等措施来进一步节油，采用先进的航空电子系统，因为竞争对手的B737和A320的后继机型也在进步。图为738座舱

    C919大型客机驾驶舱研制。根据初步技术方案，COMAC919的基本型全经济布局为168座，混合级布局为156座，并可根据航空公司的具体要求调整布置。飞机将发展标准航程型（STD）和增大航程型（ER）两种构型。其中，标准航程型的设计航程为2000海里（约3700公里），增大航程型的设计航程为3000海里（约5555公里），以满足航空公司对不同航线的运营需求。

    C919大型客机驾驶舱研制。C919驾驶舱将采用两人制，航电系统采用高速总线技术和大型数字化液晶平板显示器，飞行控制系统采用电传操纵技术并考虑主动控制技术。在使用寿命上，其设计经济寿命为9万飞行小时，即以平均每天8小时计，可使用约30个日历年。计划在飞机首次交付2年后，签派可靠度达到99．7％。

    跟美国繁忙的航空运输相比，中国还有很大发展空间，上图为芝加哥机场，下图为亚特兰大机场，都为美国最主要的国内航空枢纽。亚特兰大机场还是全世界旅客转乘量最大、最繁忙的机场。

    中航C919面临的问题是，在庞大的、要求不断提升的中国国内市场面前，能否从波音空客手里抢下一杯羹？图为波音280人级别的最新一代“梦幻飞机”787在生产

    空客与之对抗的250人级别A350，两种飞机均大量应用复合材料，实现低油耗。

    除国内市场外，中国的传统出口市场非洲也应是中航C919需要努力争取的对象。非洲大陆广袤，其中政经稳定的国家有老旧民航机更新换代的需求。图为埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴机场。

    第三世界和新兴国家应该是大飞机的主要出口市场。这些国家不会拒绝价廉物美、安全可靠的飞机。大飞机需要以更加实惠的价格、更加周到的服务、更高的可靠性，赢得第三世界，进而实现“农村包围城市”的战略目标。图为尼日利亚拉各斯机场。