國之重器 厚積薄發

王濟橋

剛剛結束的第十二屆珠海航展，對于所有人來說，印象最深的莫過于殲10B推力矢量驗證機的驚艷亮相。一連串“落葉飄”、“眼鏡蛇”等精彩絕倫的飛行動作燃爆航展的背后是我國在矢量推力發動機研發方面所取得的重大突破。

展館內，中國航空發動機集團的展臺則更有看點。本屆航展是中國航空發動機集團成立后，第一次以主辦方的身份參加珠海航展。在設計新穎的展臺上，展出了多款新型渦扇、渦軸、渦槳航空發動機產品。其中，AEF3500寬體客機發動機（“長江”2000發動機）整機模型的亮相令人驚嘆。這是我國迄今為止研發的推力最大的航空發動機，最大推力可達35噸，與裝配787飛機的GEnx和遄達1000相近。從直升機發動機到窄體客機發動機，再到如今的寬體客機發動機，我國民用航空發動機的研發正在穩步推進。

渦軸/槳發動機的突破

民用航空發動機是航空動力的重要組成部分。隨著全球航空運輸業的蓬勃發展，民用航空發動機的市場容量巨大。近年來，我國在渦軸發動機研發方面，順應國際合作、共同投資、風險共擔、優勢互補、市場共享的大趨勢，一些產品的研發取得了技術與市場的雙重突破。

渦軸16發動機作為我國第一款擁有自主知識產權的民用渦軸發動機，是一款十年磨一劍的產品，也是中法兩國合作的典范。

2008年，哈爾濱東安發動機有限公司與法國賽峰直升機公司（原透博梅卡公司）簽署協議，雙方以50%﹕50%的方式合作研發渦軸16發動機（法方代號為阿蒂丹3C），以滿足國產AC352直升機動力裝置的需求。

2013年，渦軸16發動機實現首次車臺試驗。2016年，首架裝載渦軸16發動機的AC352直升機在哈爾濱成功實現首飛。在這款發動機的研發中，有關企業始終堅持面向用戶的設計理念。為了滿足安裝、使用和維護需求，直升機和發動機的飛發設計協調采用了并行工程模式。在發動機方案設計階段，就啟動了與主機廠的安裝設計協調工作，并隨設計同步深入細化。結合民機特點，考慮產品全生命周期成本，渦軸16發動機設計能耗低，結構設計簡單、緊湊，在線更換單元維修性好，單元體更換快捷方便。先進的設計及制造工藝使發動機振動小，有利于降低直升機振動，提高乘客的舒適性。

目前，這款發動機的適航取證工作正在有序推進，大部分適航取證試驗和適航文件編制工作已經完成，預計2019年獲得中國民航局頒發的型號合格證。渦軸16填補了我國1300kW功率級民用渦軸發動機的空白，這款產品投入市場后將改變國內民用渦軸發動機經濟性和可靠性較差、無法滿足客戶需求的現狀。

此外，中國航發還在加快AES100民用渦軸發動機的研發工作。AES100發動機的功率等級為1000kW級，可裝配5～6噸級雙發直升機或3噸級單發直升機。隨著我國逐步開放低空空域，這款產品將有廣闊的市場空間。在今年的珠海航展上，這款發動機以整機實物形式正式亮相。根據計劃，這款發動機將在2024年左右獲得中國民航局頒發的型號合格證。

在渦槳發動機的研發上，中國航發正在全力推進5000kW民用渦槳發動機AEP500的設計研發工作，力爭發動機的各項指標達到國際先進水平。

與國外相比，我國渦槳發動機研制起步晚、型號少，功率覆蓋不全，已經定型的型號只有500kW級的渦槳9、2000kW級的渦槳5和3500kW級的渦槳6等三個系列，產品系列已經無法滿足客貨運飛機、特種作業飛機等平臺的需求。在此背景下，AEP500發動機應運而生。

根據計劃，AEP500將采用先進的三軸渦槳發動機總體技術、輕質高效大功率的減速器技術、低污染燃燒室技術等諸多先進技術。尤為值得一提的是，未來AEP500發動機不僅可以用于中型客貨運渦槳飛機等平臺，還可以以其為基礎，通過“槳改軸”，進一步發展民用大功率渦軸發動機，用于大噸位的民用直升機。

“長江”系列穩步推進

2017年，隨著C919大型客機一飛沖天，國人對于國產發動機的渴望也變得越來越熱切。為了解決困擾中國航空業多年的“心臟病”問題，中國航發制定了系列化發展戰略：一是160座窄體客機發動機“長江”1000，未來可裝配C919大型客機；二是280座寬體發動機“長江”2000，未來可裝配CR929中俄遠程寬體客機；三是110～130座的新支線發動機“長江”500，未來可裝配ARJ21新支線客機的改進型。

根據規劃，“長江”系列發動機將是雙轉子、直接驅動大涵道比渦扇發動機，具有低油耗、低排放、低噪音、高可靠性、低維護成本等特點，力爭主要性能指標達到世界先進水平。未來，三個產品系列在技術上一脈相承，其技術路線是以“長江”1000發動機的核心機為基準，采用國際通用的通過相似放大和局部優化發展出“長江”2000的核心機，再匹配低壓部件并嵌入經過驗證的新技術后形成“長江”2000發動機。同樣，未來也將通過相似的技術路徑發展用于支線客機的“長江”500發動機。

根據有關資料，“長江”1000發動機的起飛推力約為133kN，耗油率水平與國際最新一代窄體客機發動機相當，比上一代發動機降低約15%。2013年，“長江”1000AX驗證機通過概念設計評審。2016年，“長江”1000AX驗證機通過初步設計評審，正式轉入詳細設計階段。2017年12月，“長江”1000A發動機項目通過概念設計評審，轉入初步設計階段，標志著我國大型客機動力裝置從技術驗證階段轉入工程研制階段。

2017年年末，“長江”1000AX首臺整機在上海完成裝配，標志中國首個民用大涵道比渦扇發動機整機驗證平臺正式建成。

“長江”1000AX發動機直徑1.95米，長3.29米。其結構復雜，試制難度大，包含風扇/增壓級、核心機、低壓渦輪和附件傳動機匣裝置，由35000多個零組件組成。根據國際慣例，中國航發在“長江”1000AX發動機的研發過程中，采用“主制造商-供應商”模式，共有24家企業參與了項目研制。首臺“長江”1000AX發動機整機的試制、裝配歷時18個月，在此過程中，中國航發先后突破了鈦合金寬弦高空心率風扇葉片、鋁合金大型薄壁風扇包容機匣、3D打印燃燒室燃油噴嘴等多項關鍵技術，同時也攻克了大直徑、長軸類單元體水平裝配等技術難題。

在進行裝配的同時，中國航發還對核心機進行了驗證試驗。“長江”1000AX發動機的核心機由高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪及相關系統組成，實際工作的溫度、壓力、轉速極高，其技術復雜程度和難度代表著機械領域的最高水平。“長江”1000AX發動機核心機的驗證試驗歷時39天，試驗的目的是驗證各部件及相關系統的性能、功能和匹配性，提前暴露問題，降低整機研制風險。全部核心機驗證試驗累計試車46次，初步驗證了核心機各部件及相關系統的性能、功能和匹配性，同時也驗證了壓氣機分塊預估、燃燒室點火預測、渦輪工作狀態分析和國內首次開發的“骨架特性”性能仿真模型等技術，有效補充和豐富了核心機的研制體系。

在試驗中，“長江”1000AX發動機核心機實現了100%穩定運轉。未來，中國航發計劃生產24臺“長江”1000AX發動機用于適航取證，如果進展順利，發動機有望在不遠的將來投入商業運營。

“長江”2000發動機的起飛推力達到347kN，除了具有與“長江”1000基本相似的技術特征之外，這款發動機還嵌入了部分新一代核心部件關鍵設計和工藝技術，力爭油耗低于現役同類型發動機。本屆航展期間，中國航發表示，目前“長江”2000發動機正在進行關鍵技術攻關和技術驗證，但由于我國在此之前從未有過研制寬體客機發動機的經驗，因此未來的研制之路將充滿挑戰。可用于支線飛機的“長江”500發動機已經完成了概念方案設計，未來將根據ARJ21新支線飛機的改型計劃而適時啟動。

需要指出的是，民用發動機的研發時間長、投入多、風險大，國際上具有獨立研制、生產能力的國家屈指可數。未來，我國想要在民用航空發動機市場占有一席之地，還有很多“學分”需要一一補上。

首先是大型試驗設施的建設。中國航發通過5年多的時間，完成了高性能計算平臺、集成產品設計體系、發動機仿真體系和網絡環境的基本構建，支持了“長江”系列發動機整機、核心機、部件/系統的多輪設計迭代和供應商的產品聯合定義。同時，在上海臨港基地也已建成了發動機科研裝配線、整機試車臺、加溫加壓核心機試車臺、高壓壓氣機試驗器等。未來，隨著生產和適航取證工作的展開，在試驗設施的建設上仍需要花較大的精力去逐步完善各類試驗設施和平臺。

除了硬件之外，項目管理、基礎技術積累等綜合能力的提升也將是未來中國航發需要克服的挑戰。尤其在適航取證方面，難度絕不亞于飛機的取證。因此，如何通過引進國際一流資源，建設具有國際競爭力的商用航空發動機試驗驗證體系，將是未來國產民用航空發動機產業實現持續發展的關鍵。這些工作周期長、投入大，但在項目的歷練中一旦形成自己的核心能力，其對于我國民用航空發動機產業發展的戰略意義將是不言而喻的。