鯤鵬之心

近年我國航空工業捷報頻傳，國產大飛機運20、C919逐漸浮出水面，只待最后的破繭成蝶。然而，讓我們感到尷尬的是這兩個大飛機的“心臟”卻分別采用俄制D-30KU/KP發動機和CFM國際公司研制的LEAP-X發動機。那么，我國未來大飛機真正的“心臟”將是什么？是采用國外產品呢？還是純正的“中國心”呢？

寫在前面的話

一架大飛機的設計、制造涉及到上百個專業科學，牽扯到成千上萬家的供應商。只有經濟大國、科技大國才有能力發展大飛機。反之，搞不了大飛機的國家就難以成為大國。我國因各種原因始終不能在大飛機上有所突破，其最根本原因是我國一直不能提供合適的發動機！這一現象直到目前仍是橫亙在我國航空工業面前最大的問題之一。

正因為航空發動機之于大飛機的重要性，各國將航空發動機的發展列為本國高科技中的核心所在，傾盡全力，想方設法促進本國航空發動機產業的發展。但能研制生產高性能發動機的國家卻只有6個——美、英、俄、法、烏、中。而具有大飛機使用的大涵道比渦扇發動機研制能力的國家就只有4個半了。美英兩國在航空發動機產業方面向來都是名列前茅，處于第一方陣，其代表廠家有美國的通用電氣公司（General Electric Company下文簡稱GE）、普拉特·惠特尼公司（Pratt Whitney下文簡稱普·惠）和英國的羅爾斯·羅伊斯公司（Rolls Royce，下文簡稱羅·羅）。俄羅斯的航空發動機產品整體性能較以上兩家遜色不少，整體實力仍然很強，特別是軍用航空發動機方面仍能與以上諸雄一較長短。但目前在民用航空發動機方面存在諸多問題，已不具備國際競爭力了。其主要代表有庫茲涅佐夫設計局和彼爾姆設計局等。法國的斯奈克瑪公司是利用美國GE公司的技術力量，研制出業界傳奇CFM56發動機，才能躋身這一行列。不過在更新的產品上與美英兩國尚有差距。烏克蘭的伊夫琴科一“進步”設計局只能算得上是半個。中國經過幾十年的積累，在小涵道比渦扇發動機方面終于在新世紀有了關鍵性突破，研制出了自主知識產權的“太行”發動機，基本追趕上世界先進水平。但在大涵道比渦扇發動機方面至今仍落后于上述四國，特別是美英兩大豪門。此外，德國和日本的發動機公司通過與普·惠、羅·羅合作組建國際航空發動機公司（IAE）來參與大涵道比渦扇發動機的研制和生產。不過，在美英兩大豪門面前，兩國也是處于打下手的地位，根本不能掌握關鍵技術。

時至今日，大涵道比渦扇發動機已經發展了四代。（見表1）

為了滿足各種大飛機的動力要求，世界航空發動機設計與制造商已經研制多種推力等級、幾十個型別的大涵道比渦扇發動機，典型代表型號見表2：

通過表1、表2可知，當今能研制高性能大涵道比渦扇發動機（以下簡稱大渦扇）的基本由羅·羅、普·惠、GE三大巨頭壟斷。長期以來，三大巨頭對這一領域基本實現了壟斷，很少有后來者能挑戰其地位。俄羅斯的大渦扇雙雄庫茲涅佐夫設計局和彼爾姆設計局、烏克蘭的伊夫琴科一“進步”機械制造設計局在紅色時代風光無限。冷戰結束后，因蘇聯解體，國力大幅度下滑，看家本領基本喪失殆盡。雖經政治強人普京的強力打造，但重現當年榮光仍有一段路要走。我國因諸多原因限制，在大渦扇領域鮮有作為，迄今軍民兩線仍完全被國外產品壟斷。可以說，我國大飛機的“心臟”完全掌握在別人手中。因此我國這只“C”系列“中國大鵬”若想與空客（Airbus）的“A”和波音（Boeing）的“B”并駕齊驅，必須要有一顆“康健的中國心”。

針對大飛機的技戰術要求以及我國的使用環境，未來國產大飛機使用的動力系統必須要滿足可靠性、經濟性、可維護性、舒適性、高溫高原性能，具有更大的出勤率和滯空時間等。巡視世界，能夠滿足我國大飛機的動力系統供應商主要有GE、普·惠、羅·羅，以及俄羅斯的彼爾姆公司以及烏克蘭的伊夫琴科“進步”機械制造設計局。不過因為政治因素，西方三大豪門的發動機基本告別我國的軍用大飛機，只能在民用客機方面有市場。而蘇系兩大生產商的商品因性能問題，基本告別我國民用客機，但在軍用運輸機領域尚能有一番作為。考慮到西方在發動機領域的風向標作用，有一款發動機確實性能優異，完全稱得上我國大飛機工業的“夢中情人”，那就是CFM國際公司的CFM56系列發動機。

由于航空發動機產業是當今最頂尖的工業體系，向來有“工業王權”之稱，不是一般國家所能涉及。因此，筆者根據航空發動機的研發難度、我國目前的科技水平以及我國可能借助的國外力量，把我國大飛機的“心臟”簡單分為起步目標、過渡目標、長期目標、終極目標四個階段性目標。

因政治原因，我國雖斷絕了引進西方先進發動機作為軍用運輸機的動力系統，但CFM56系列發動機憑借華麗到奢侈的性能仍是各國大飛機的最佳動力，也是我國航空發動機產業在很長時間內的追趕目標。因此，筆者將CFM56系列發動機定位我國發動機產業的終極目標。而前三階段則完全采用引進+自研的原則，分別選定俄羅斯的D-30KP-2發動機作為起步目標，PS-90A-76為過渡目標，而立足自我的“太行”衍生的大渦扇作為國產航空發動機的長期目標。

在大渦扇領域，羅·羅、普·惠、GE是名副其實的三大豪門，壟斷世界的大部分份額，但蘇聯時代的扎波羅什進步設計局（現烏克蘭伊芙琴科-“進步”機械制造設計局）、索羅維耶夫設計局（現俄羅斯彼爾姆航空發動機聯合股份公司）以及庫茲涅佐夫設計局（現俄羅斯薩馬拉-庫茲涅佐夫科研聯合體開放式股份公司）則是紅色帝國抵御西方帝國主義入侵的最強有力的三叉戟。紅色帝國的三叉戟在冷戰時期研制了一系列大渦扇產品，曾廣泛應用于蘇聯出品的大型軍民用飛機上，并大量出口到世界上許多國家。其中，以進步設計局的D-18T三轉子大渦扇和索羅維耶夫的PS-90A雙轉子中等推力渦扇發動機為代表。時至今日，繼承蘇聯航空工業最強的兩國——俄羅斯和烏克蘭仍可利用紅色時代取得成就在世界大渦扇領域扮演黑馬的角色。

中國夢開始的拐杖——D-30KP-2發動機

在蘇聯的航空工業界，索洛維耶夫設計局可謂是大名鼎鼎，其總設計師巴維爾·亞歷山大洛維奇·索洛維耶夫是蘇聯渦扇發動機事業的主要開拓者之一。此君主持設計的D-20P是蘇聯的第一臺渦扇發動機，主要用于圖-124客機。索局在研制D-20P之后，又立刻研制了具有劃時代的D-30K系列發動機，作為蘇式大飛機代表伊爾-76運輸機的動力系統。截至2000年，D-30KU/KP發動機累計生產了4500多臺，隨著伊爾-76、圖-154M、伊爾-62M飛機服役于數十個國家和地區。

索洛維耶夫設計局在D-30KU/KP定型后，就著手對其進行改進改型，主要有D-30KP-2、D-30KP-3兩款。

D-30KP-2是D-30KP的小幅度改進版。后者的推力保持氣溫由原來的15℃提高到23℃，推力基本保持不變，1980年定型。1985年，我國引進配裝了D-30KP-2系列的圖-154客機。20世紀90年代后，我國空軍又引進了伊爾-76運輸機。D-30KP系列發動機便成為我國空軍大型飛機的“心臟”。也正是由于此時伊爾76飛機的大規模引進，成都發動機公司爭取到了D-30KP的大修線。此后，該公司又自籌資金對D-30KP-2進行仿制，代號WS-18。據說，仿制工作目前已經完成了。后來，在2009年4月，我國與俄羅斯國防產品出口公司簽署了55臺D-30KP-2發動機的出口合同。合同由“土星”-雷賓斯克制造廠負責生產。目前，這批軍貿訂單已經全部交付。據眾多媒體推測，這批發動機我國主要用于現役大型飛機伊爾76的發動機更換或者是某型轟炸機的改進型號。當然，前段時間試飛的運20運輸機的動力也是D-30KU/KP系列發動機。

D-30KP-3“纖夫”發動機是D-30KP系列發動機的生產單位——“土星”-雷賓斯克制造廠不甘心被擠出大渦扇發動機市場而自籌資金，投資的一款D-30KP的改良型號。該型號的研發始于2003年。此后兩年內“土星”公司聯合俄羅斯諸多科研院所對D-30KP系列進行部件改進改型工作。工作重點主要集中在低壓系統部分。

和所有改進改型發動機一樣，“土星”公司將發動機最難的燃氣發生器保持不變，從而避開了改進工作中的最大障礙，只是將風扇系統換成全新研制型號。這也就造成D-30KP-2和-3之間有著高達70%的通用部件。風扇系統方面這30%的不同地方主要表現在：風扇直徑擴大到207毫米，空氣流量增加了109千克/秒，涵道比提高到3.6，增加了推力，耗油率也有了可觀的改善。不僅如此，風扇還采用了國際上通用的先進設計——掠形無凸肩寬弦設計（PS-90A-76的風扇葉片仍是窄弦帶凸肩設計）。同時，取消原來進口的導向葉片，改為三元氣動設計，使進氣效率改善了6%～7%。因此，即使在發動機工作參數比D-30KP-2低的情況下（工作參數低可以有更大的溫度裕度，有利于延長壽命，延緩性能衰退），推力仍能提高，保持起飛推力的氣溫指標也有所增加。此外，針對污染排放物和噪聲問題，設計師也做了不少改進工作，使得發動機能夠滿足國際民航條例標準。

2003年2月，首臺D-30KP-3原型機總裝完畢，3月份開始首次運轉。2007年3月，該機曾在地面性能試車中測得14941千克力（146.5千牛）的海平換算推力。目前，該機在進行定型試驗及試飛工作。

不過，雖然“土星”公司對D-30KP-3傾注巨大心血，但因D-30K自身的技術局限，俄羅斯對D-30KP-3基本視而不見，反而十分傾心PS-90A發動機。國內市場反響的冷淡，讓D-30KP-3的對外銷售也缺少了底氣。

D-30KP的技術劣勢

技術起點較低，限制了改進改型的空間。不可否認，誕生于20世紀60年代的D-30K系列發動機在當時的二代大渦扇領域（與羅·羅的“斯貝”、普·惠的JT8D同代）就已顯落后，尤其是涵道比（只有3.5）、渦輪前溫度等指標過低，導致效率低下，耗油率偏高。如D-30KP-2的起飛耗油率高達0.51千克/（千克力·時），比CFM56-2整整高出30%。原始技術的較低定位，特別是涵道比過小，導致以后不管如何改進改型，都不可能有質的改進。這點從D-30KP-3上就可見一斑。

結構復雜，機體笨重。蘇聯在航空發動機產業方面整體水平落后于西方國家，因此D-30K系列與英美的同型相比存在著諸多致命的設計缺陷，且是不可更改的。因當時蘇聯在機械加工方面的落后，D-30K的轉子長出很多，主軸軸承多達7個。要讓各級轉子保持良好的同心度，需對軸承加工精度、裝配質量提出極高的要求。其中低壓渦輪上的軸間軸承更是難點，這造成D-30K系列經常發生軸承方面的故障，特別是難以根治的軸間軸承更是讓人頭疼不已。

可靠性差，使用壽命短。D-30K繼承了蘇系發動機的一些缺點。因基礎工藝、機械加工的問題，其壽命相當低。翻修壽命只有短短的2000小時，和西方動輒以萬小時為單位的發動機相比差距極大；故障率也比較高，維修工作量大，對飛機的出勤率有著十分不利的影響。如D-30K系列曾多次出現金屬屑超標、鈦火、低壓渦輪軸斷裂等嚴重及飛行安全故障，甚至釀成機毀人亡的慘劇。當然，針對這些問題，蘇/俄的設計師一直在努力改善D-30K的可靠性，現在這些問題已經基本解決。可隨著發動機使用壽命的消耗，某些固有缺陷造成的隱患爆發的風險也是呈幾何級數上升。

推力裕度較小，受環境影響大。受原始設計及工藝所限，D-30K的高溫和高原推力較弱，如在標高3500米的機場，伊爾-76的總推力會下降24%。如此減推直接導致高原上起飛時載重上限降為了20噸（低海拔時可達40～50噸）。這使飛機的使用受到很大的限制。

臨時客串的“龍套”——ps-90A系列發動機

通過D-30K的成功開發，索局的整體實力得到迅速提升，一舉成為與“進步”設計局、庫茲涅佐夫設計局并駕齊驅的蘇聯三大大渦扇設計局。而索局在D-30K定型后，并不滿足，繼續向新型大渦扇發起了新一輪的沖鋒，研制了中等推力量級的PS-90A發發動機，配裝在伊爾-96、圖-204等大中型客機上，繼續鞏固其在大渦扇領域的地位。

PS-90A的研發背景與經過

索局在研發PS-90A時充分吸取了D-30K的經驗，采用了大量成熟的軍用發動機技術，并對D-30K的缺點進行行之有效的改進，使之成為蘇聯時期民用航空發動機產業最高水平的代表。至今仍是俄羅斯唯一批量生產的符合國際民航標準的大涵道比渦扇發動機。

該發動機的主要特點是采用大涵道比、單元體結構、數字式電子控制帶有機械液壓備份系統：完全摒棄蘇聯時代那種“重性能、輕維護”的設計原則，采用西方的國際標準，其可靠性和可維護性基本達到國際先進水平；燃料經濟性比前一代的D-30K發動機有著質的提升；巡航耗油率降低約15%，起飛耗油率更減少了30%以上。可以說，PS-90A發動機是蘇/俄航空發動機產業的最高存在，基本達到了世界先進水平。

在20世紀70年代，蘇聯啟動了新型遠程客機的研制計劃，需要性能更好的大渦扇。在這樣背景下，70年代后期，蘇聯各大航空發動機設計局齊推出各自新一代產品，索局推出的便是PS-90A項目。

蘇聯新一代遠程客機方案由原來的伊爾-86D演變成為350座的伊爾-96計劃，最初發動機擬裝備庫局的NK-56大渦扇，單臺起飛推力174.6千牛。不過，當時蘇聯的航空工業部主要領導伊萬·斯捷潘諾維奇·希拉耶夫力主統一在研客機（伊爾-96、圖-204）的主動力，以便擴大產量，降低成本。同時，他個人與索局的總設計師索洛維耶夫關系密切，最終在這個蘇聯大渦扇發展的主要決策者的堅持下，新客機發動機研制任務交給了索局。該發動機最初命名為D-90，后來，為了表彰索洛維耶夫在航空發動機產業取得成就，蘇聯政府在1987年將D-90改為PS-90A。其中“PS”就是“巴維爾·索洛維耶夫”的英文首字母組合。后來兩大設計局在1984年針對新飛機發動機進行了一次“選型大戰”，1985年3月D-90A/PS-90A憑借在巡航耗油率方面的優勢完勝對手，最終成就了蘇/俄航空發動機史上的又一個傳奇。

D-90在立項之初是作為推力120千牛的D-30K的同級換代產品，設計推力為134.4千牛，比后來的對手NK-56還低30%。D-90被希拉耶夫選中后，推力不足的劣勢就立刻顯露出來了。由于推力不足，D-90的裝機對象伊爾-96的總重量被迫調低，座位數也由原來的350座降低到300座。即使如此，新飛機方案仍不得不采用5臺D-90發動機——翼下4臺，尾部再加裝1臺。這讓伊爾-96的設計單位伊留申設計局極為不滿，強烈要求加大發動機的推力。被逼無奈，索局的設計師只有對發動機進行一系列增推技術調整，如不斷調高發動機的循環參數（加大總空氣流量，提高渦輪前的工作溫度）。當然，索局這樣做法是當時蘇聯航空發動機產業的唯一能采用的方法。但這種極端做法，卻又重回蘇聯航空發動機原來那種“重性能、輕維護”的老路。D-90的性能雖能滿足需求，但發動機的可靠性、耐久性、可維護性卻呈幾何級數下降，為后來PS-90A的坎坷之路埋下了禍根。

1983年，蘇聯政府批準了D-90的改型方案，命名為D-90A，推力提高到了144.7千牛。首臺樣機在1983年12月份裝配完畢，第二年開始地面試車。隨后兩年D-90A投入了數千小時的地面及高空模擬飛行，證明D-90A的整體設計是成功的。然而，在1986年，蘇聯政府針對伊爾-96飛機要求，再次調整D-90A的設計參數，推力指標被定格在157千牛。索局無奈之下，只好再次調整發動機的循環參數，讓本來就達警戒線的D-90A的燃氣發生器更是“苦不堪言”。但索局強大的技術團隊仍出色地完成了任務。1986年12月26日起，新D-90A開始在伊爾-76空中試車臺上進行飛行測試。飛機共起降了188架次，累計試車約400小時。不過，試飛結果卻是喜憂參半，D-90A的巡航油耗雖好于預期，達到設計要求，但在推力性能方面受制于蘇聯當時工業水平始終不能夠達標，特別是最后設定的157千牛的推力指標更是猶如一座大山橫亙在設計師面前。當然，若是發動機采用超高溫、超轉速的極端手段，是可以滿足推力指標的，但那樣發動機的其他性能則會受到毀滅性的影響。因此在1988年9月28日，伊爾-96首飛時，已改名為PS-90A的D-90A發動機只能在低于設計指標的狀態下工作，以確保飛行安全。好在伊爾-96原型機（CCCP-96000）不負重望，在莫斯科伏龍芝機場首飛成功，開創了蘇俄航空發動機的新紀元。

但PS-90A仍存在諸多問題，這點直到PS-90A投入試飛后，才得到改善。隨后，伊爾-96展開了密集的試飛計劃。不過蘇聯政府為了能讓伊爾-96早些投入使用，只給兩年試飛周期（常規周期需4～5年）。為此，伊留申設計局只好安排多架伊爾-96原型機在蘇聯各地同時展開試飛。而高密度、高強度的試飛致使PS-90A的缺點得以完全暴露，更是對承研單位排故保障、產品質量提出了嚴格的要求。索局在隨后時期內憑借強大的實力出色地完成了任務。PS-90A經受住了雅庫茨克的-50℃的極寒冰凍以及塔什干40℃的高溫炙烤，完成了一系列遠程飛行試驗。

1990年，PS-90A的生產單位——彼爾姆制造廠開通了PS-90A的生產線，準備承接大批量制造任務。1991年，PS-90A通過150小時國家定型試車。1992年4月3日，獲得俄羅斯民航部門頒發的適航證。可以說，締造蘇/俄航空發動機史上的另一個奇跡——PS-90A已經長大了。但紅色帝國在PS-90A長大之時也分崩離析了。隨后，俄羅斯猶如雪崩一樣的衰退，讓紅色帝國的末日宏偉計劃只能以慘淡收場。整個20世紀90年代，PS-90A的產銷狀態很是糟糕。由于缺乏資金，PS-90A的定壽延壽計劃以及前期為達到指標而犧牲的可靠性/可維護性改善計劃、增推計劃都成泡影，彼爾姆聯合體（1990年更名為彼爾姆航空發動機科研生產聯合體）甚至無力完成航線運營發動機的排故保障工作。

PS-90A的主要設計特點

采用三元流技術優化設計風扇葉片，提高了部件效率。壓氣機的平均級壓比高，整機技術比普·惠PW2037還要少兩級，減輕了重量，生產和維修成本也可降低。

控制系統緊跟世界潮流。選用了帶機械備份的數字式電子調節器和故障診斷裝置，有效地提高了發動機的精確度。

發動機制造材料基本選用當時蘇聯能夠制造出的最好材料。特別是粉末冶金盤和渦輪葉片材料更是采用軍用發動機的制造材料，使發動機的可靠性和耐久性有了質的提高；風扇機匣包容環、吸聲襯墊都是采用新型復合材料纖維。

選取合適的“三高”循環參數。渦輪進口溫度達到了1640K（定型驗證的紅線值，也是高溫條件下起飛狀態下的渦輪最高工作溫度），這對高溫和高原環境下的推力保持性能至關重要，PS-90A可在最高30℃溫度下保持原推力值，也能在海拔3500米的高原機場上正常使用，不過平常航線飛行要將溫度調至1556K，減推力起飛有助于發動機熱端部件的長時間使用。

排氣裝置緊跟國際先進水平，采用整體式噴管。將核心機排出的高溫氣流與外涵道冷氣流混合，以降低發動機溫度，且讓發動機包裹在冷空氣中，降低發動機的易燃性。同時，噴管內還安裝了花瓣式混合器以加強兩股氣流的混合程度。這種類似于CFM56-5C的噴管能降低2%的耗油率，改善噪聲水平以及增加40%的反推力（PS-90A的最高反推力高達36千牛）。

作為在蘇聯航空發動機史上有著里程碑式意義的劃時代產品，PS-90A有著一系列能與西方同類航空發動機一樣豪華的數據。但在這華麗外表下卻藏著一顆“寒酸”的心。由于PS-90A的核心機是基于第二代發動機D-30K發展而來的，第二代航空發動機技術也就保留下來了很多。其中最典型的當數由12個火焰筒組成的聯管燃燒室。由于聯管燃燒室在重量、冷卻、起動、聯焰等方面的固有缺陷，自20世紀60年代以后被全環形火焰筒逐步取代。到PS-90A問世時，西方新一代發動機已全部完成由聯管燃燒室向全環形燃燒室的過渡。只有PS-90A仍“堅守”這過時的技術不放。另外，該機的13級高壓壓氣機也直接改進自20世紀60年代末D-30KP發動機。

其實，PS-90A上這種“激進”與“保守”同存，完全符合蘇聯軍工發展思路。長期以來，蘇聯科技工業水平較西方國家始終都有一定差距，且又面臨“嚴防死守”式的技術封鎖。這迫使蘇聯軍工設計師必須采取務實態度，在新產品上采用大量被驗證過的成熟技術，盡量少采用不成熟的新技術，以滿足工程進度，確保型號成功。這種循序漸進、避免冒進的做法，十分注重技術的繼承性，雖能務實地研制出新產品，但其中或多或少的受制于某些關鍵技術的制約而不得不采用“過時”的技術。這點在PS-90A上也有十分明顯的體現。由于當時蘇聯在全環形燃燒室方面始終沒有取得突破性進展，迫使索局放棄全環形燃燒室這一華麗但難度也極高的技術制高點，集中力量在別的方面尋求突破。

索局這種“前推后拉”的做法，雖在整體結構上落后于西方同類產品，但采用成熟技術在不過分影響性能的同時可最迅速地推出自己的產品。所以這種務實態度、有所為有所不為的設計理念還是值得其他基礎相對薄弱的后進者學習借鑒的。

PS-90A雖然號稱是蘇/俄首臺符合西方標準的航空發動機，但誰都不否認，其在誕生初期的表現是十分糟糕的。由于受蘇聯解體的嚴重影響、蘇聯整體科技水平特別是材料/工藝/科研方法及試航標準落后等原因，在設計定型時不能算是合格產品。PS-90A在運營初期的性能標準為：初始翻修全壽命1000小時，成熟期目標壽命為大修7500小時，總壽命15000小時。不過紙面上的指標在現實使用中卻是慘不忍睹，新機可靠性奇差無比，離宣傳的指標都有一大截距離。根據當時PS-90A的用戶反映，當時的設計（翻修）壽命還不到300小時，連蘇聯國家技術指標都達不到，更別提世界上動輒上萬小時的指標了。這讓PS-90A的用戶惱怒萬分，紛紛向PS-90A的設計制造方彼爾姆公司上訴。但此時，失血嚴重的蘇聯眾多軍工制造商自保都是困難，哪有精力去理會這等反映？在這種情況下，PS-90A的質量問題在1994年終于引起了俄羅斯國家高層的重視。經過充分論證，高層認為PS-90A關系俄羅斯大飛機命脈，絕不能放棄，必須給予支持。在國家高層授意下，彼爾姆公司立刻對產品進行全方位的質量整頓，提出了一套改進方案，消除設計缺陷。方案從1996年開始，用三年時間分階段完成。同時在高層的支持下，俄羅斯國防工業委員會和交通部批準了該計劃，并給予了1.4億美元的啟動資金。其目標是通過改進、更換問題部件，將發動機的可靠性、可維護性提高3倍以上，翻修壽命延長到5000小時。

在國家強有力的支持下，彼爾姆公司立刻組織了大量技術人員針對用戶提出的意見，利用當時俄羅斯航空發動機產業取得的成熟而先進技術對PS-90A展開一系列技術攻關，且取得諸多重要技術節點。

改進PS-90A的一系列技術

降低循環參數，調低渦輪前溫度30～40℃。降低與發動機壽命密切相關的渦輪前溫度是延長PS-90A壽命、可靠性的重要措施之一。前文提到，PS-90A為了達到技術指標，被迫調整渦輪前溫度，造成壽命縮短。而此時降低渦輪前溫度，若想保持推力只能用新型發動機制造材料。為此，彼爾姆公司將PS-90A的高壓渦輪葉片由原來的定向凝固合金改為單晶合金精鑄，強化耐高溫性能，改善熱端部件的耐高溫性，使用壽命得到可觀的延長。

將聯管燃燒室更換為全環形燃燒室，并使用新的熱障涂層，提高部件制造質量。

簡化發動機的支承方案，將PS-90A的7個軸承優化為6個，其中高壓轉子上3個（1-2-0）、低壓轉子3個（0-2-1），取消了軸間軸承，徹底解決自D-30KU以后蘇式發動機上采用的軸間軸承的落后設計，減小了渦輪軸的間隙，降低了故障率，優化了結構。

采用新型的RED-90M全權限數字電子控制器（FADEC系統的核心）。

更換點火器和軸承的材料，提高產品質量，延長使用壽命。

改造高壓壓氣機，增強第6、9、13級葉片的結構，采用新研制的粉末冶金葉盤替換原部件，新部件具有更高的抗疲勞性能。

改進防冰系統，消除工作限制。

組建一家擁有100多名專業保障隊伍的維修服務公司，對PS-90A進行全方面的維修排故服務。

隨著彼爾姆公司這些有效措施的推進，PS-90A的各項瑕疵逐漸消融，1997年初發動機的在翼時間為2010小時，1998年11月就延長到了6000小時，俄羅斯適航當局檢驗認可了延壽結果，并批準PS-90A轉入“視情維護”——不設總壽命，視單元體部件的具體情況隨時予以維修或更換。2007年安裝在伊爾-96-300客機上的PS-90A翻修時間首次超過了8000小時，達到了8850小時。可以說，截至現在，PS-90A才真正成熟起來。不過，雖然民用版PS-90A已經茁壯成長，但與歐美同類發動機相比，仍顯落后。例如，在可靠性的關鍵指標——空中停車率（IFSD）的千時率雖已改善至0.02（平均值）。不過這樣指標與西方的同類發動機相比仍存在著不小差距。例如西方典型的大渦扇CFM56-5系列的平均IFSD穩定在0.002～0.003之間，顯然優于PS-90A一個數量級。而且PS-90A系列的總產量不過200余臺，營運規模較小，而CFM56系列發動機的產量都達到了以萬為單位。因此，PS-90A采樣數據的可信度是要打折的。

PS-90A發動機的整體水平達到了俄羅斯航空發動機產業的最高水平，但因與西方同類產品相比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基本沒有撈到一張國外訂單。不過，其軍用版PS-90A-76發動機因用戶的特殊性卻有另一番火紅的現象。

作為蘇/俄航空發動機史上具有劃時代意義的PS-90A發動機，其基礎相當好，特別是其核心機的起點十分的優秀。以此作為通用平臺完全可發展諸多系列發動機，其推力足以覆蓋120～230千牛的范圍。因此，早在蘇聯時期，索局就著手詳細地制定了PS-90A的派生計劃。其中有兩個十分重要的型號：PS-90A-76和D-100。前者配裝在伊爾-76系列運輸機上，后者是蘇聯新一代重型運輸機（伊爾-106）的配套動力競標方案。不過，這兩款發動機因蘇聯解體各自命運卻截然相反，PS-90A-76已于2003年設計定型，現已進入批量生產階段，前景一片大好。而D-100則因無訂單已消失在歷史塵埃中了。

一片大好的PS-90A-78發動機

說到PS-90A-76發動機，就不得不提到在蘇系裝備中占據重要地位的伊爾-76運輸機。因為PS-90A-76就是作為伊爾-76運輸機換發而研制的發動機。伊爾-76這款被譽為“空中駱駝”的運輸機自1974年服役以來，各種型別產量高達上千架。目前仍是眾多國家航空運輸機隊的主力裝備。但隨時間推移，這款當年紅色帝國的當家花旦也不可避免地陳舊老化，技術性能日漸落后于時代要求。尤其是其配裝的D-30KP系列發動機存在著耗油率高、可靠性差、使用壽命短、污染重、噪聲大等問題，致使伊爾-76的整體性能落后于國際同等機型。雖然蘇聯高層早想對伊爾-76進行改進升級，不過因無適合發動機，該計劃一直未能完成。

時光荏苒，進入20世紀90年代，蘇聯的大渦扇事業隨著諸多關鍵性技術的井噴式發展而日趨成熟，特別是索局PS-90A的橫空出世，讓因無合適“心臟”而塵封多年的伊爾-76換發計劃得以復活。不過早期伊爾-76改進計劃推進十分緩慢單基本為零。只有5架訂單，分別為印度3架和約旦2架。

然而，俄羅斯政府認識到伊爾-76改進計劃的重要性，仍努力推進這項計劃。在此期間，PS-90A的延壽降推型號——PS-90A-76在2003年12月，圓滿完成俄羅斯聯邦國家定型試驗。2004年2月10日，時任俄羅斯空軍運輸司令A.I.帕夫洛夫正式向彼爾姆公司頒布了型號認證證書。終于為伊爾-76的改型掃清了最后的障礙，其成果就是伊爾-476運輸機。

正是由于PS-90A-76的成熟，伊留申聯合體正式開發基于伊爾-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）。

根據俄羅斯公開的資料顯示，伊爾-476是俄現階段運輸機研發的頭等項目。此時的俄羅斯在政治強人普京的帶領下逐漸走出困境，在石油經濟的強力推動下，俄羅斯的國力得到了大幅度提高。這也讓俄有力量對早已奄奄一息的軍工行業注入資金，進行新機型的開發。經過10年的推動，俄國的整體軍工行業表現出較高的水準。這些在伊爾-476上就有深刻的體現。伊留申聯合體利用當前俄羅斯取得的一系列新技術讓伊爾-476這棵老樹開出了新花。飛機上安裝有一套全數字飛行控制系統，同時還配備有“玻璃化”駕駛艙，新機的機翼經過重新設計，動力系統升級為PS-90A-76。經過新技術的一番打造，伊爾-476的最大起飛重量超過200噸，最大飛行速度850千米/時，在搭載40噸貨物時的飛行距離可超過6000千米。

根據俄方公布的采購計劃，俄空軍將率先訂購50架伊爾-476（包括運輸機和加油機兩種型號）。不過，據分析人士稱，俄軍大部分的現役大型運輸機已陳舊老化，亟待更新。因此，伊爾-476的裝備規模定會大幅上升，至于最終的裝備數量目前尚無定論。但人們都認為伊爾-476的前途是一片光明。同時加上世界上大量伊爾-76系列的換發市場，估計PS-90A-76這款PS-90A派生出來的軍用發動機將一掃其在民用市場的拙劣表現，開拓出廣闊的市場空間。

目前，伊爾-476已經完成了研發，進入了批量生產階段。作為伊爾-76的使用國——中國也下來訂單。當然，在運20已經翱翔藍天之際，俄制大運在我國的空間已經越來越小了。

以換發的伊爾-76TD作為參考，PS-90A-76使這種老飛機重新換發了青春，競爭力顯著提升。在整個飛行包線內，新飛機的發動機推力超出D-30KP約20%以上，燃油效率改善了15%以上，航程增加15%～22%（載重量相同時），起飛滑跑距離縮短約25%；發動機壽命控制從舊式的翻修/總壽命模式轉為國際通行的單元體壽命管理模式（視情維護）；耐久性、可靠性指標也有了幾何級別的提升；全壽命期運行成本得到了有效控制，環保設計方面也有質的提升。從根本上解決了伊爾-76的噪聲和污染問題，使其符合了現行的國際民航標準。

需要特別指出的是，PS-90A-76的總體結構與PS-90A并無兩樣。基本保持一致。設計師只是通過采用新型制造材料和新的加工工藝對發動機的核心機進行質的升級。不過其工作參數做出了適應性的調整，其中讓總空氣流量從471千克/秒降至451千克/秒，起飛推力因此減至14500千克力。但此舉卻讓伊爾-76保留了相當高的裕度。不過，由于PS-90A-76換裝了新型的全權限數字式電子控制系統，所以將推力調至PS-90A的16000千克力的水平也并不復雜。

中國大鵬的夢想之心——CFM56系列發動機

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——CFM56系列發動機。CFM56系列發動機自誕生之日起，以豪華到令人發指的技術指標，以近乎生吞活剝的霸氣橫掃整個窄體干線客機動力市場，至今都無人能撼動其確立的長達數十年的霸主地位。

CFM56系列發動機是由當今世界上兩大航空發動機巨頭——美國的GE和法國的斯奈克瑪公司聯手打造的CFM國際公司出品的。在航空發動機領域，無論GE，還是斯奈克瑪公司都是響當當的“萬兒”，兩者的聯姻可謂是門當戶對，其結晶CFM國際公司當然是出類拔萃。CFM56系列是在GE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100千牛級大涵道比渦扇發動機。從它的第一個型號CFM56-2于1979年11月取得適航證后，到現在已經發展了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71～151千牛，已經成為22個型號飛機的動力系統。

CFM56從1971年美法兩國簽訂協議開始到1979年12月第一個型號CFM56-2取得適航證，扣除中間間斷的一年多時間，研制周期為7年，研制經費約為5億美元，到1982年4月投入使用歷時約11年，用于預研的試制發展的總費用約為10億美元。

截至目前，使用中各型CFM56系列發動機達到20000多臺，發動機累計工作時間超過了3億飛行小時，2億循環。使用中的搭載CFM56系列發動機的飛機超過6000架，平均每4秒就有一架采用CFM56作為動力的飛機起飛（普·惠稱平均每5秒有一架裝該公司發動機的飛機起飛）。目前，我國使用的CFM56系列發動機約有1000臺。

如今，CFM56發動機在系列化發展的同時，又以每個型號為基礎，通過小幅改進、調整工作參數的方法（如調節空氣流量和渦輪進口溫度）得到不同推力性能的派生型號，從而擴大了發動機的使用范圍。目前，CFM56系列發動機占據著150座級客機動力市場的絕大部分份額。不僅是波音737的唯一的配套動力，還贏得A320一半以上的發動機市場，在軍用航空領域也被大量采用。

CFM56系列發動機的發展概況

CFM56-2。CFM56發動機的第一個型號，1979年11月在美國改裝的波音707-320上首飛，后來累計飛行130小時。同時在法國的“快帆”飛行試車臺上完成了必要的試驗。1979年11月9日，CFM56-2發動機獲得美國聯邦航空局和法國民航總局頒發的適航證。1982年4月正式投入使用。它是CFM56系列的基礎，風扇直徑為1743毫米，用于DC-8-71、DC-8-72、DC-8-73、E-3、KE-3、E-6、C-135R和C-135FR等軍、民用飛機上。截至2005年2月，在外場使用的CFM56-2有2651臺。

CFM56-3系列。該系列是為適應波音737換發需要而在CFM56-2基礎上改進而來的。波音737的原先動力為小涵道比的JT8D系列發動機，推力小，噪聲大，污染重，油耗高，迫切需要新發動機換發。CFMI將CFM56-2的風扇直徑縮小為1524毫米，推力隨之減小，并于1984年1月取得適航證。1984年12月，CFM56-3發動機裝于波音737-300投入使用，同時也適用于波音737-400/-500系列飛機。截止2005年2月，共有4457臺在航線中使用，是CFM56系列發動機中交付的最多的一個系列。由于波音737-300于2000年停產，生產線上的最后一臺CFM56-3于1999年12月交付波音公司。

CFM56-5A系列。該系列是為了滿足空客A320系列飛機的動力需求，從1984年開始研制的。其風扇直徑恢復到CFM56-2系列的1734毫米。為同IAE（International Aero Engines AG，國際航空發動機公司，成立于1983年，航空發動機產業中又一個國際合作典范，由英國羅·羅、美國普·惠、德國MTU、日本航空發動機公司共同出資組建）的V2500競爭，重新設計了36個葉片的風扇和新的4.5級低壓渦輪。和CFM56-2相比，耗油率下降了13%～15%，可靠性提高了30%～40%。于1987年8月取得適航證，1988年4月投入使用。用于A320-100、A320-200、A319等飛機上。截至2005年2月，共有1156臺CFM56-5A發動機在航線中使用。

CFM56-5C系列。該系列發動機是為A340客機設計的，是CFM56系列發動機中推力最大的系列。發動機核心機與CFM56-5B相同，采用GE研制的第二代FADEC。發動機耗油率比CFM56-5A降低約5%，噪聲比聯邦航空局Ⅲ級要求低20分貝，推力要比以往型號都高（起飛推力達到151.4千牛，保持溫度30℃）。推力的增加主要依靠重新設計的風扇和低壓渦輪。該系列風扇直徑在CFM56-5A的基礎上加大了101.6毫米，達到1836毫米，也是所有CFM56系列中風扇直徑最大的一個型號。5級低壓渦輪也比CFM56-5A增加一級。CFM56-5C還優化了核心機的設計，選用新型耐高溫材料制造熱端部件，增強起動器做功能力，采用長管道混排噴管和第二代FADEC。

CFM56-5B系列。該系列是在CFM56-5C的基礎上行改進而來的型號。雖然型號的編號在前，但問世卻在CFM56-5C之后。CFM56-5B的改進措施主要集中在-5C的低壓渦輪方面。該機風扇由新型鈦合金制造，直徑為1700毫米，空氣流量400千克/秒，增壓級由CFM56-5A的3級增加到4級，從而提高了內涵壓比及流量。同時，采用了最新型的雙環腔燃燒室，發動機的氮氧化物排放量較一般發動機降低約35%。

CFM56-7系列。該系列于1993年11月開始發展。原編號為CFM56-3XS，即在CFM56-3型基礎上采用直徑為1550毫米的24個葉片寬弦風扇，設計新增壓級，采用雙環腔燃燒室。因此與CFM56-3相比，噪聲和污染物顯著降低，維護成本降低約15%。而發動機的可靠性保持不變。目前，研制的5個型別，即CFM56-7B18、CFM56-7B20、CFM56-7B22、CFM56-7B24、CFM56-7B26，推力約為86.84～117.30千牛。

“我的中國心”——國產“太行”衍生大涵道比渦扇發動機

前文重點介紹了我國可能選用、以及性能適中但不可以引進的大渦扇作為大飛機的備用發動機。但不管是俄系血統的D-30K/WS-18，還是十分方便引進的PS-90A系列發動機，甚至只是可望不可即的更為先進的歐美型號，對于我國的大飛機均不是長久之計。無數次教訓證明，將一國大飛機工業命脈掌握在他人之手是極不可靠的。因此，我國外購他國的大渦扇只是權宜之計，具有“龍的血統”的“中國心”才是我國大飛機工業的終極追求。

根據公開資料可知，運20的動力系統暫時為D-30KP-2/WS-18發動機。但D-30KP-2/WS-18已是嚴重落后的機型，只能是我國大飛機的應急措施，而不是理想目標：PS-90A-76發動機整體性能雖較D-30KP-2有質的提高，但將自己命運掌握在他人手中，可不是我國軍工行業的一貫風格。且最近幾年我國與俄羅斯在軍購領域因知識產權問題出現了一些分歧，雖然目前尚未影響到在俄羅斯的采購，但我國絕不能就此放棄自己的“中國心”。在30多年改革開放成果的支撐下，我國綜合國力得到巨大的提高，科技水平也逐漸步入世界先進行列。我國完全有理由、也有能力擺脫對外國“心臟”的依賴。這不僅是扭轉受制于人的關鍵舉措，更關系到我國航空工業未來的可持續而健康發展。同時，我國高層在屢次碰壁后已認識到航空發動機對于一國的重要性。從20世紀80年代開始，從國家戰略層面，科學而周密地制定了我國未來的航空工業的發展計劃。其中更將發動機產業列為重中之重，傾以國力，加以扶持。現經過數十年幾代人的不懈努力，新世紀后終結碩果。其中仿效歐美的核心機計劃更是其中最為關鍵的環節。我國通過對核心機計劃的科學而嚴密的規劃，幾代航空人力圖改變航空發動機產業困局的努力終現曙光。該計劃覆蓋了我國目前以及可預見未來航空發動機產業全領域的所有動力型號。其中尤以航空推進技術驗證計劃產物——“太行”核心機最具代表性。它為我國未來諸多航空發動機型號系列化發展提供一臺合適的核心機。當然我國的大渦扇也將受益。

基于我國目前整體國力的大幅度上升及國外航空發動機產業的發展情況，我國的大渦扇事業不能以20世紀90年代以前的發動機技術為起點（其代表產品有CFM56-2/3、PS-90A系列），而應以20世紀90年代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，軍用大渦扇在研發之時也應兼顧民用大飛機的動力系統，做到兩者兼顧，互通有無，縮短戰線，集中力量，重點突破。

通過表8中三款發動機的技術參數比較，我們可以清楚的看出蘇俄發動機在結構設計、使用壽命、性能指標、可維護性等各個方面都與西方最頂級發動機存在不小的差距。雖然俄羅斯后來大量使用新技術對D-3CKP-2和PS-90A-76進行改進，但因整體科技水平之限制，仍和西方先進水平存在著不小的距離。這三款發動機，CFM56整體性能一騎絕塵，甩下蘇/俄發動機一大截。而PS-90A-76只能以較大的核心機尺寸和重量大的代價來滿足性能需求。這也充分說明要想設計一款優秀的發動機，選擇性能先進的核心機是多么的至關重要。CFM56系列發動機之所以能在全世界風靡數十年而不倒，優秀的核心機功不可沒。

在我國諸多航空發動機產業開發者中，尤以沈陽黎明發動機研究所實力最強。他們在小、中、大涵道比渦扇發動機的研發領域進行了多年的研究，積累的一定的工程經驗和技術儲備，并通過與國外科研單位的合作，在某些關鍵技術方面取得了實質性的突破。例如，在1993～1998年之間，該所與彼爾姆公司聯合研制了GF90大流量單級風扇第四級增壓壓氣機，通過模型件試驗驗證，性能達到測試要求，為研制同類部件積累了豐富經驗。根據公開資料顯示，GF90的參數規格和CFM56-5系列相近，總空氣流量為381.9千克/秒，涵道比為5.45，風扇內涵增壓比2.73，設計轉速5009轉/分。GF90的基本參數與CFM56-5A相似，基本達到了世界同等先進水平。又如，從1999年開始，截至2003年，原中國航空工業第一、二集團與羅·羅德國公司（原英德合資寶馬-羅·羅公司）開展了民用發動機高壓壓氣機合作研制，成立了“中德聯合工程中心”（JET），合作設計了JET01六級高壓壓氣機。該機主題雖仍以分體結構為主，但第2、3級轉子采用了比較先進的整體葉盤，成為結構設計中的一大亮點。從JTE01的技術參數來看，這臺部件估計可直接應用于中小推力的發動機，如類似于ARJ-21的CF34-10A發動機。但若采用同比例縮放方法，完全可以適用于大渦扇發動機。我國若能妥善整合這些與國外先進科研單位的合作成果，在我國取得成就的基礎上，完全可以設計出中國版的CFM56-5A系列發動機。

在進入“十五”之前，我國早已醞釀進軍大飛機領域，并對大渦扇進行了詳細而深入的前期研究。“十五”期間，我國效仿被西方航空發動機強國把玩的得心應手的核心機計劃，正式啟動了我國航空發動機核心機計劃——航空推進技術驗證計劃（APTD），開啟了我國航空發動機產業的新篇章。在計劃中，科研人員針對伊爾-76換發技改的未來需要，以成熟的“太行”發動機的核心機為基礎，開展了“大涵道比渦扇發動機設計計劃驗證”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，我們可以發現，涵道比為3的發動機主要是定位于伊爾-76的換發技改方案。該方案基本保持與D-30KP-2發動機的外形不變，發動機吊艙也基本保持不變，基本相當。不過耗油率較于俄式發動機略有改善。該項目為了達到與D-30KP-2的互換，減少換發中的工作量及技術難點，發動機的空氣流量、外形尺寸、安裝結構與D-30KP-2基本相同，不需要對發動機進行較大規模的技改，便可達成目標。由于核心機的選定，設計師將低壓系統方面進行適應性的技術改進，采用兩級風扇，保持相同的增壓比，但在內涵道里增添了四級低壓壓氣機（即增壓級）。它們均由四級低壓渦輪驅動，總增壓比應達到世界先進水平（30左右）。該方案較D-30KP-2性能有著一定的提升，且我國完全掌握的核心知識產權，不會在關鍵技術方面受制于人。同時，由于兩者的核心機定位相差30年，起飛耗油率減少了約10%，巡航耗油率降低了5%。不過，筆者認為，該方案在我國的前景并不十分明朗。該方案的“心臟”雖然先進，但受制于涵道比的偏低，耗油率偏高，不適合作為大飛機的終極配套動力。不過，該方案也不是一無是處。基于我國大量服役的轟6轟炸機及未來戰略轟炸機的動力考量，我國完全可以用它來補充這方面的動力需求。當然，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。若是該方案真能成功，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”，不用再擔心受制于人了。

涵道比為5～6的項目則是完全遵循國際上大渦扇的發展潮流設計的。根據“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，發動機運行穩定，匹配性良好。進口直徑擴展到1700毫米左右，海平面空氣流量大于380千克/秒：起飛推力定位在12000千克力（117.6千牛）的級別；涵道比>5；巡航耗油率約為0.6千克/（千克力·時），比D-30KP-2大約降低15%，起飛耗油率約降低了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動機公司。根據大飛機的規劃，我國將分別研制軍用大飛機和民用大飛機。配套動力系統雖有軍民用之分，不過軍民用發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，我國展出了商發模型（SF-A）。不過，根據推測，SF-A的真是身份應是大運飛機/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。根稱，SF-A也有相應的軍用型號。按照驗證機的情況推測，推力范圍大概定位在12000～14000千克力（117.6～137.2千牛）之間。這樣的設計指標完全可以與俄羅斯當家花旦PS-90A-76一較長短。根據國際上大渦扇的發展歷程可推測，SF-A的軍用型號應已經解決了最難的核心機的問題，已進入細節完善階段。倘若進展順利，估計再有2～3年，就可以進入試飛階段，2015年前后實現設計定型的節點目標。這點正好切合我國大運設計定型的時間節點。

“太行”核心機的先進之處

結構設計

作為采用衍生發展思路的SF-A軍用型號，其核心機直接從“太行”核心機派生而來。這降低了研發風險，縮短了開發周期。只是對其局部進行適應性的改進，全新設計部件基本都集中在低壓與風扇系統上。作為把CFM56-5作為追趕對象的該發動機，其整機也是由單機風扇（第四級增壓壓氣機）+核心機+四級低壓渦輪等單元體構成。

SF-A軍用型號之所以能在短時間內取得重大技術突破，那是因為其采用了先進的核心機。類似于CFM56的核心機的“太行”核心機，既有軍用發動機的精巧輕量，又不失民用機型的先進高效，完全達到了世界先進水平。反觀PS-90A的核心機，就遜色三分了。通過前文可知，PS-90A的核心機是從D-30K核心機發展而來的。因當時整體科技水平的制約，PS-90A的核心機不得不采用了大量前代發動機留下的成熟技術，所以顯得相對落伍。比如：PS-90A的支承結構，復雜而笨重；PS-90A是同代大渦扇中唯一采用環管燃燒室的型號（該技術在30年前就已經逐步被淘汰了）；低壓渦輪采用舊式的小開孔輪盤，轉子連接方法繼承了D-30K的設計，而當代大渦扇的低壓渦輪普遍在盤心開設大直徑孔，此舉不僅使輪盤應力比較均勻，而且改善了疲勞性，部件重量也輕了。反觀我國的“太行”核心機雖有坊間流行其與CFM56有著理不清剪不斷的“曖昧花邊新聞”，但不得不承認“太行”核心機的設計起點是高的。我國的航空發動機產業長期以來都是東西合璧，特別是改革開放以來，我國長期接觸西方航空發動機，并被其科學的設計理念、先進的設計技術、嚴格的設計標準所吸引，并制定以西方標準為參照目標的新的設計標準，徹底撇開了蘇/俄那種粗放式的發展模式，采用類似西方的高精尖發展模式。因此，“太行”核心機的開發年代雖早于PS-90A，但前者的結構仍大幅度領先PS-90A。由此可見，我國在大渦扇領域的“起跑線”也具備了一定的優勢及發展潛力。

大量采用先進制造材料和先進的加工工藝

從航空發動機產業的發展規律可知，每次發動機能取得代差這樣的技術進步，一切都是建立在先進材料和加工工業的更新換代的基礎上。因此，若想切實提高我國航空發動機產業的實力，做好氣動熱力計算和新結構設計方案的同時，更重要是依靠制造材料和先進加工工藝的進步。軍用大渦扇主要采用現有的成熟技術。但部分關鍵零件（如鈦合金風扇長葉片、復合材料包容機匣等）在制造上仍有特殊要求，需要進行攻關。多年來，我國有很多當初設計指標相當華麗的發動機，最后均下馬了，沒有適合的制造材料是其中十分重要的一環。沒有先進的制造材料，差點讓“太行”也是胎死腹中。當年，因技術不過關，“太行”發動機被迫放棄了三代航空發動機的標志性高溫材料——單晶葉片和粉末冶金渦輪盤，遲遲不能定型。后來，我國被迫引進俄羅斯的AL-31F系列發動機才緩解了新型戰斗機的心臟病。基于材料和工藝限制，為使國產高性能發動機的順利問世，相關部門集中力量對其展開了一次又一次的技術攻關。經過20多年的艱苦努力，我國在先進材料和加工工藝方面終于取得了突破性的發展。諸如第二代的鎳基單晶合金DD406、損傷容限粉末高溫合金FGH4096，其技術指標與國外軍民用主力機型（GE90、CFM56-5B、EJ200等）的材料相比絲毫不落下風。

上述先進材料的研制成功，讓我國的發動機產業終于實現了趕超式的跨越，帶動我國的燃氣輪機工業（DA-80的國產化工作定型）、航空發動機（“太行”核心機的定型成熟）進入了井噴式的發展時期，并試制諸多樣機并裝機試驗，初步實現了批量生產。最近，我國造船工業大批量建造采用國產版DA-80燃氣輪機為主動力的052D驅逐艦，以及空軍大規模裝備采用國產發動機的新型戰機，就是我國在這方面取得重大成就的重要證明。

不過，一種新材料從研究出來到批量生產用于在役發動機，國外經驗表明一般要經過長達15～20年的漫長時間。在這段時間內，設計部門根據試制樣品在實際使用中的情況，對材料性能進行不斷優化，完善制造工藝，還要對新材料的機械特性應用及結構強度進行詳細而周密的技術完善。筆者估計，我國的新材料部門已經完成新材料設計制造的關鍵技術研究，正進行技術上的完善工作。估計我國的大渦扇不會采用一步到位的做法，而是采用我國軍工行業慣用的循序漸進的手法，可能會先采用低級別的材料，如粉末高溫合金，以保證型號研制成功。然后，按照型號改進改型計劃，分階段引入新材料，以滿足發動機的性能增長要求。

采用合理的循環參數

作為大飛機的標配動力，大渦扇自誕生時起就具有“三高一低”——高溫、高壓、高涵道比、低耗油率的典型特征，而有別于小涵道比渦輪噴氣發動機的發動機。這典型的“三高一低”特征的優劣在很大程度上決定著一款大渦扇性能的優劣。

作為決定一款大渦扇是否先進的標準之一，高渦輪前溫度在很大程度上決定一款大飛機的推力范圍的重要指標，最能反映發動機水平的技術含量。渦輪前溫度越高，發動機的循環功率越大，單位推力就更強勁。此外，較高的渦輪前溫度也能提高熱效，改善燃油經濟性。因此，渦輪前溫度越高越好。但這一指標并不能隨便地提高，而是要充分考慮熱端部件的耐高溫強度、壽命和冷卻技術等各方面的平衡選擇，是綜合考慮一款發動機的使用壽命、制造材料、加工工藝、制造成本、冷卻技術等多種因素的平衡游戲，絕非只追求某一指標，否則會嚴重影響一款發動機的整體性能水平。這點在發動機研發史上有著無數次教訓。例如，我國大渦扇的近期追趕目標——PS-90A系列發動機當年就因為追求大推力而不斷調高渦輪前溫度，最終導致使用壽命短的可憐。

作為大飛機的配套動力，大渦扇不像戰斗機發動機那樣追求高推重比，其渦輪前溫度一般都比戰斗機發動機要低一點。這點對我國的大渦扇的性能至關重要。“太行”核心機主要用于戰斗機動力系統，其渦輪前溫度水平達到了國際同等先進水平，極限值可達到1752K。這為大渦扇的性能提升提供了巨大的拓展空間，特別是為發動機的裕度留下了很寬的包線，即標準環境下起飛的渦輪前溫度>1500K，高原高溫環境下，則提升到1650K，以滿負荷運轉模式。

由于大渦扇的結構特點，進口風扇直徑大、轉速低，導致低壓段總壓比不高，所以高壓壓氣機才是構成總壓比的關鍵因素。“太行”核心機采用9級高壓壓氣機，增壓比可達到12這樣的級別，不過這也遠達不到世界先進水平。因此，設計師又利用新技術對其進行了適當的調整，如今應該可以達到國際上的基本水平，據此估算起飛總增壓比能達到32左右。

高涵道比（大涵道比）是決定大渦扇區別于小涵道比發動機的關鍵指標之一。隨著發動機涵道比的擴大可降低排氣速度，有效改善推進效率。因此，節油很大程度上都是靠涵道比的擴大而取得的。但涵道比也不是隨便就可以調高的。受循環參數的制約，隨著涵道比上升，可能導致風扇直徑加大、渦輪轉速降低、級數增加等不利影響。因此，我國的大渦扇為了保證型號的成功，應放棄那些性能華麗、難度也是高得離譜的技術指標。走穩妥路線，不要盲目的追求高精尖的技術指標，而是采用國際上慣用的5～6這樣的涵道比（當然，目前國外新研制的大渦扇的涵道比都已經達到了8，甚至超過了10）。待技術成熟及我國航空工業整體技術水平實現代差的突破后，再進軍更高級別大渦扇。我國設計師在平衡各方面的技術后，選擇5～6這樣的涵道比指標，再加上各方面的先進技術的采用，估計耗油率應該達到PS-90A-76的水平。

全權限數字式電子控制系統

被譽為航空發動機“大腦”的控制系統向來都是權衡一款發動機是否先進的重要指標之一。因此西方國家一直將其視為核心機密，對我國是嚴加封鎖。不過，我國經過十余年的艱苦攻關，基本解決全部技術難題。2002年，有關部門將一架殲8 Ⅱ驗證機的左發動機上換上了FADEC進行試飛，總計完成了39架次飛行，完成100多項試驗任務。雖然，這款FADEC是針對渦噴發動機研制的，但其取得我國自主FADEC的第一手寶貴資料，標志我國已初步掌握FADEC系統的關鍵技術，并為將來工程應用提供了技術儲備。此后，兩型加力式渦扇用FADEC也相繼問世。大、中推力渦扇型FADEC系統樣機已于“十五”末進行了地面臺架試驗，2010年裝上“太行”發動機進行了試飛。這套FADEC系統是由江蘇無錫動力控制系統研究所負責研制，總體指標已經達到了世界20世紀90年代服役的第二代FADEC系統的水平，其電子控制器的通用性較好，可用于“太行”、“泰山”、AL-31F、RD-93等型號。不過，由于FADEC系統畢竟是發動機產業中的最頂尖的關鍵技術，雖然我國已經跨入這一領域，但仍存在諸多問題。不過，隨著我國大飛機計劃的啟動，加大了這方面的投入，估計再需幾年就會有質的突破。

我的未來不是夢——展望未來大渦扇

通過上文分析，基于“太行”核心機衍生發展而來的大渦扇的推力完全符合當前我國在役大飛機及運20的動力需求。但是，目前運20只是我國解決大飛機的有無問題，并不是我國對大型運輸機的終極追求對象。可以預見，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在200噸以上，甚至可能接近C-17。當然，對運20的改進改型也將拉開序幕。由此可見，對發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，我國設計師完全會采用核心機派生發展方法，以“太行”核心機為基礎，采用核心機比例縮放，加減級數，來擴大核心流量變化范圍，使得系列化發動機的推力范圍更加廣泛。這也是國際上航空發動機強國發展發動機最成功、也是最簡單的一條捷徑。我國在大渦扇領域的發展當然也不例外。

通過核心機計劃的堅實推進，我國得到了“太行”這款足以媲美國際同等水平的先進產品，為我國航空發動機產業的崛起找到了一條正確的道路。但也應看到，“太行”核心機的技術指標較國際同類先進產品仍存在著巨大差距。撇開制造材料、加工工藝不談，就是可靠性、耐久性、可維護性等這些最基本也是最根本的技術指標就足夠我國設計師頭疼的。更重要的是因“太行”核心機技術定位過低，雖能在戰斗機動力領域成就了一番天地，但在大渦扇方面只能算得上是敲門磚而已。以“太行”核心機發展而來的大渦扇只能滿足目前我國運20的短期需求，而對未來新型大飛機則完全是力不從心。

造成“太行”核心機在大渦扇領域不能走得更遠的原因，是其本體僅定位在小推型發動機，存在著核心機流量尺寸的約束，不能過大地擴展推力范圍的包線。根據我國公開的核心機計劃可知，“太行”核心機的換算流量為25千克/秒，結構緊湊，重量輕，更有利于向小推型系列發動機發展，而向大推力系列發展則猶如爬坡，難度呈幾何級數增加。反觀我國近期大渦扇追趕對象PS-90A-76發動機的換算流量則接近50千克/秒，尺寸大，循環功率高，有利于向更大推力級派生。這表明，這兩款發動機雖然同處一代，且裝機對象也十分相近，設計技術也基本同代。但因核心機的初始定位的差異，造成兩者向更高推力級別發展的潛力卻存在著較大差別。因此，我國未來若想在大渦扇領域追趕上西方的先進水平，必須研制更高水平的核心機，起點定位也必須較“太行”核心機有著質的提升，才有可能追上世界同等先進水平。

雖然“太行”核心機向更大推力級衍生存在著基礎定位問題，但也并不是一無是處。如果我國設計師利用好“太行”核心機，采用部件縮放技術派生改型，仍會有開創出一番天地的。部件縮放技術是航空發動機強國發展航空發動機的一條比較行之有效的技術途徑。此方法保持核心機的氣動參數基本不變，主要改變它的幾何尺寸，使得進口流量變化范圍加大，如此便可在“太行”核心機的基礎上，開發出20000千克力（196千牛）左右的大渦扇。這條捷徑被蘇俄的索洛維耶夫設計局把玩得爐火純青。索局利用縮放部件方法，通過比例縮放、加減級數、氣動優化等措施，成功研制出系列化的高壓壓氣機。PS-90A的13級高壓壓氣機就是直接從D-30基礎衍化而來的。我國若也采用此法，利用“太行”核心機為基礎，通過部件比例縮放、加減級數、優化氣動，完全可以將其推力級別提高到15000千克力（147千牛）的水平。當然，若是在某一部件上采用特殊方法，推力則有可能提升到20000千克力（196千牛）的水平，只是其他性能會有所犧牲。

縮放部件比例雖是航空發動機派生發展的一條捷徑，但基本以前某一成熟型號為基礎，可降低技術風險，縮短研制周期，但也繼承了前一代的技術痕跡，不能在起跑線上站在世界最前沿。因此，若想真正躋身世界先進行列，就必須緊跟世界潮流，立足自我，統籌協調好整個航空發動機產業，才能達成目標。我國當前在研的新型渦扇發動機基本進入技術定型階段，再有時日定可成熟問世。而在研的高推比核心機也為未來戰略運輸機和寬體客機提供匹配的動力裝置，為國人留下更為寬泛的想象空間。如果我國好好利用高推比核心機，采用縮放比例方法，衍生發展出20000～30000千克力（196～294千牛）級別的發動機也不是夢想了。

綜上所述，我國的大渦扇事業隨著大飛機計劃的啟動也進入了快車道發展階段。WS18的仿制成功則為我國目前的伊爾-76提供了充實的動力儲備，同時也為轟6轟炸機的換發提供了最為理想的選擇目標：基本定型的國產發動機雖然沒能趕上運20的首飛，但為未來“純血統”的優化開出了最有效的“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。

編輯：石堅

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中國民用大涵道比渦扇發動機——CJ1000A

作為21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終現江湖，讓我國對大飛機夢想多年的夙愿終于實現。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年的節點完成研制交付，主要取決于大飛機的“心臟”——發動機的研制進度。和運20的動力系統采用國外引進和立足自主兩條褪走路一樣，C919的動力系統也是如此，分別為引進由CFM國際公司研制的LEAP-X發動機和國產CJ1000A發動機。這兩款發動機都曾在珠海航展上以全尺寸模型形態亮相。

LEAP-X發動機是一款已經基本完成研發的優秀大涵道比渦扇發動機。CFM出品的CFM56系列發動機幾十年來橫掃全世界，風頭一時無兩。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”。之所以LEAP-X發動機尚未出世便能有如此風頭，主要是具有以下幾大“看家本領”。

結構設計先進。CFM公司對LEAP-X發動機的整體結構進行了全新設計，進一步優化了高壓壓氣機，高壓渦輪和低壓渦輪，級數更少，壓比更大，效率更高。比如，LEAP-X的低壓渦輪只有6級，便可以為發動機減輕了150千克的重量。發動機的減重，自然就提升了其效率。

采用復合材料葉片技術。LEAP-X發動機的風扇葉片采用三維碳纖維編織物整體成形，碳纖維不是簡單層疊在一起，而是織成三維的網狀結構，更加堅固，抗外物打傷能力更強，同時更輕，使用新復合材料葉片替代傳統的金屬葉片后，LEAP-X發動機的風扇葉片減少了1/3，重量減輕了一半。

采用寬弦彎掠式葉片結構。該技術是從20世紀90年代開始研制，此技術增加了進氣量，提高了發動機壓氣機的喘振裕度，提高了發動機推力。從CFM公司公開的資料可見，該葉片看上去不但外形優美，與以前傳統的一些風扇葉片相比，具有鮮明的特點，更為堅固，進氣效率更高（提高3%～5%），空氣流量更大（增加3%～10%）。

采用可變面積外涵排氣噴管技術。現役民用客機發動機的外涵排氣管面積大都是固定的，這會造成發動機在起飛和著陸時噪聲過大，新的可變面積技術，就可以通過改變外涵排氣流量，從而有效降低噪聲，還能減少飛機在巡航狀態下的燃油消耗以及污染物排放，可謂一舉多得。

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隨之也正式立項，研制也進人了快車道。

CJ1000A的命名和C919的命名一樣充滿了寓意。其中的C是China（中國）的首字母，也是國產大飛機代號C919的首字母，又是Commercial（商用）、Civil（民用）的首字母；J為Jet Engine（噴氣發動機）的首字母；1000A，代表發動機的推力等級在10000～19999千克力（98～196千牛）之間，A代表是第一型產品代號。

根據公開資料可知，和國產軍用大渦扇一樣，CJ1000A也是采用國產WS10“太行”渦扇發動機的核心機。前文提到，“太行”發動機和CFM56有著說不清道不明的“緋聞”。雖然，我們不知究竟兩者之間是否真的有著某種特殊聯系，但可以肯定的是“太行”在設計之初定會大量借鑒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，復合彎掠葉片和數字式發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CJ1000A發動機。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。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。