【簡介：】材料達不到要求，高精度加工也沒掌握，這是最大的難點
一、 國外大涵道比渦扇發(fā)動機發(fā)展概況大涵道比渦扇發(fā)動機是指涵道比大于4的渦扇發(fā)動機，它具有推力大、耗油率低和噪聲小等

材料達不到要求，高精度加工也沒掌握，這是最大的難點

一、 國外大涵道比渦扇發(fā)動機發(fā)展概況大涵道比渦扇發(fā)動機是指涵道比大于4的渦扇發(fā)動機，它具有推力大、耗油率低和噪聲小等優(yōu)點，廣泛用于軍民用運輸機和其他大型亞聲速飛機。經(jīng)過30多年的發(fā)展，大涵道比渦扇發(fā)動機的性能、可靠性、耐久性、經(jīng)濟性、和環(huán)保水平等方面都有很大進步。與早期的渦噴發(fā)動機相比，發(fā)動機的噪聲降低了20dB，推力增加了100倍，耗油率減少了50%。目前，大涵道比渦扇發(fā)動機的最大推力已超過50000 daN，發(fā)動機的空中停車率從每1000飛行小時1次下降到0.002～0.005次左右，返修率達到每1000飛行小時0.06～0.01次，航班準點率達到99.95%～99.98%。發(fā)動機在飛機上不拆換的工作時間達到16000小時，最長超過40000小時。發(fā)動機的噪聲強度和污染物排放分別降低了75%和80%。在民用大涵道比渦扇發(fā)動機市場上，150座級干線客機的發(fā)動機是主流產(chǎn)品。據(jù)預測，未來20年，世界150座級干線客機至少需要25000臺發(fā)動機，大約占民用發(fā)動機市場的73%。目前典型的150座級干線客機用大涵道比渦扇發(fā)動機是CFM國際公司的CFM56發(fā)動機和IAE公司的V2500發(fā)動機。其中，CFM56系列發(fā)動機占據(jù)150座級干線客機發(fā)動機市場的78%，該發(fā)動機不僅是B737飛機的唯一動力，而且贏得新型A320飛機一半以上的發(fā)動機訂貨，目前已經(jīng)交付使用的CFM56發(fā)動機超過15600臺。V2500發(fā)動機占據(jù)150座級干線客機20%左右的市場份額，主要用于A320、A321和MD-90客機。關于此類發(fā)動機今后的發(fā)展，CFM國際公司在1998～2004年實施了Tech56計劃，目標是燃油消耗率降低4%～8%，擁有成本和維護成本降低15～20%，NOx排放比目前ICAO標準低40%～50%，噪聲比FAR36第三階段低20dB。該計劃發(fā)展的技術包括：金屬材料空心風扇葉片、壓比15的6級高壓壓氣機、雙環(huán)腔預旋流燃燒室（TAPS）、鋸齒型噴管（降噪3dB）、低成本控制系統(tǒng)等。2007年，這些技術將用于生產(chǎn)型的CFM56-5B/7B發(fā)動機。2004年底，CFM國際公司又開始實施LEAP56（前沿航空推進）計劃，專門研究下一代150座級干線客機所需的發(fā)動機技術。該計劃的目標是在目前CFM56-5B/-7B的基礎上，燃油消耗率降低10%～15%，維護成本降低15%～25%，機上壽命延長25%，污染物（特別是NOx）排放降低50%，噪聲比FAR36第四階段的標準低15dB。從1990年開始，普?6?1惠公司與MTU、菲亞特、Avio和Volvo等聯(lián)合發(fā)展下一代150座級干線客機所需的齒輪傳動渦扇發(fā)動機PW8000，2007年第一臺GTF驗證機將投入試驗，目標是使發(fā)動機的耗油率比目前的水平低11%～12%，噪聲比第三階段的要求低30dB，維修費和使用費分別降低30%和10%。發(fā)動機推力為111～156千牛，壓氣機總增壓比40，風扇直徑1.93 米。另外，英國羅羅公司和俄羅斯的一些機構(gòu)也都在積極發(fā)展下一代150座級干線客機的發(fā)動機技術。軍民用大涵道比渦扇發(fā)動機技術的通用性很強（達70%），但是在安全可靠性、環(huán)保要求、舒適性、經(jīng)濟性和適航取證方面，民用干線客機發(fā)動機比軍用運輸機發(fā)動機要求更高、更嚴格，研制難度更大。因此，軍民結(jié)合、互相支持是世界通行的發(fā)展途徑。由于軍用大涵道比渦扇發(fā)動機數(shù)量不大，很多大型軍用運輸機發(fā)動機就直接是民用發(fā)動機的改型，典型的機種包括CFM56-5C發(fā)動機和俄羅斯的D-30KP發(fā)動機等。二、 我國大涵道比渦扇發(fā)動機的需求與現(xiàn)狀1.需求分析研制大型飛機及其發(fā)動機是黨中央、國務院在新世紀作出的具有重大戰(zhàn)略意義的決策。在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》和“十一五”規(guī)劃綱要中，國家已經(jīng)把大型飛機列為重大專項工程，而且要求最終配裝具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大涵道比渦扇發(fā)動機，包括軍民用兩型大型飛機發(fā)動機，這是必須實現(xiàn)的國家戰(zhàn)略目標。發(fā)動機是飛機的心臟，大涵道比渦扇發(fā)動機是自主研制大型飛機的關鍵，發(fā)動機技術不突破，就無法掌握大型飛機研制的主動權(quán)。而民用航空發(fā)動機又是航空動力產(chǎn)業(yè)的重要支柱（國外民用發(fā)動機產(chǎn)值已達總產(chǎn)值的80%），不發(fā)展民用大涵道比渦扇發(fā)動機，就沒有獨立、完整、強大的航空動力產(chǎn)業(yè)和航空工業(yè)。據(jù)有關部門預測，我國未來20年，僅150座級干線客機就需要800架左右，加上其他用途的大型飛機，共需軍民用大涵道比渦扇發(fā)動機約2750臺，總價值達412億美元，折合人民幣3300億元左右。大涵道比渦扇發(fā)動機用途廣泛、市場巨大，經(jīng)濟、軍事、社會效益顯著，對國民經(jīng)濟發(fā)展、國防建設和科技進步具有重大推動作用和戰(zhàn)略意義。2. 發(fā)展現(xiàn)狀與差距經(jīng)過多年發(fā)展，我國在航空動力技術領域取得了一些成績，在軍用渦噴和小涵道比渦扇發(fā)動機方面已具有一定的研制生產(chǎn)能力，研制生產(chǎn)了數(shù)十個型號、6萬多臺各類航空發(fā)動機，裝備了幾十種軍民用飛機，為空軍裝備建設和民用航空事業(yè)的發(fā)展作出了自己的貢獻。在大型飛機使用的大涵道比渦扇發(fā)動機方面，對風扇/增壓級、高壓壓氣機等關鍵技術開展了初步研究，并在航空推進技術驗證計劃支持下，建立了以設計定型的太行發(fā)動機核心機為基礎的大涵道比渦扇發(fā)動機整機驗證平臺。但與國際先進水平相比差距仍然較大，技術基礎相對薄弱，大量關鍵技術尚未突破和掌握，部分試驗設備還存在缺門，工程設計和使用經(jīng)驗缺乏，自行獨立研發(fā)還有較大困難。三、我國大涵道比渦扇發(fā)動機關鍵技術分析1.軍用大涵道比渦扇發(fā)動機總體方案根據(jù)大型軍用運輸機及特種大型飛機的使用要求，在已設計定型的太行發(fā)動機核心機的基礎上，利用航空推進技術驗證計劃構(gòu)建的大涵道比渦扇發(fā)動機驗證平臺，對高壓壓氣機葉片進行全三維改進設計，改善核心機性能；同時改進設計風扇/增壓級，匹配設計低壓渦輪，采用全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，發(fā)展12000kgf推力級的渦扇發(fā)動機。該發(fā)動機主要技術指標與正在服役的CFM56發(fā)動機相當，與現(xiàn)役俄制D-30KP發(fā)動機相比明顯提高，在同等條件下，將使大型軍用運輸機航程增加10％以上，具有一定的先進性，可滿足我國大型軍用運輸機對動力裝置的需求。2. 民用大涵道比渦扇發(fā)動機總體方案突破關鍵技術，提高自主研發(fā)能力。以14噸推力級的下一代先進民用大涵道比渦扇發(fā)動機為背景，通過預先研究和國際合作，完成部件、系統(tǒng)、核心機和驗證機的設計、加工和試驗，突破民用大涵道比渦扇發(fā)動機關鍵技術，基本具備自主研發(fā)能力。在驗證機的基礎上，根據(jù)市場和飛機需求，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)和市場競爭力的大涵道比民用渦扇發(fā)動機，滿足我國干線客機發(fā)展對動力的需求，進入市場，逐步形成產(chǎn)業(yè)。主要技術指標：起飛推力14000kgf；巡航耗油率：不大于0.56kg/（kgf.h）（H=11km、M=0.8）；噪聲、有害物排放水平滿足當時的適航標準；壽命、可靠性、可維護性等綜合性能水平優(yōu)于現(xiàn)役CFM56發(fā)動機，與其后繼機的水平相當。3.大涵道比渦扇發(fā)動機關鍵技術3.1主要設計關鍵技術對于軍民用大涵道比渦扇發(fā)動機而言，除環(huán)保、壽命和經(jīng)濟性等指標外，其他的主要設計技術是相同的，包括總體、部件、系統(tǒng)、整機、仿真等，因此將其關鍵技術合并研究，主要有：（1）大涵道比發(fā)動機總體方案設計技術（含飛發(fā)一體化和經(jīng)濟性分析）；（2）民用發(fā)動機適航技術；（3）大涵道比風扇/增壓級設計技術；（4）高效高級壓比壓氣機設計技術；（5）低排放、長壽命燃燒室設計技術；（6）高性能長壽命高、低壓渦輪設計技術；（7）發(fā)動機短艙及反推力裝置設計技術；（8）核心機設計技術；（9）驗證機設計技術；（10）整機/部件綜合數(shù)值仿真技術；（11）大涵道比渦扇發(fā)動機數(shù)控系統(tǒng)設計技術；（12）低噪聲設計技術；（13）長壽命、高可靠性和可維護性設計技術；（14）軸承和傳動潤滑系統(tǒng)設計技術；（15）故障診斷和監(jiān)控技術；（16）渦輪主動間隙控制技術；（17）輔助動力裝置（APU）設計技術。3.2 材料、工藝技術軍用大涵道比渦扇發(fā)動機主要采用現(xiàn)有成熟材料和工藝，但在部分關鍵零部件（如大型風扇葉片、機匣等）的制造上仍有其特殊要求，需要進行攻關。民用大涵道比渦扇發(fā)動機由于技術指標要求更高，滿足適航取證的要求也更多，需要采用更多的新材料和新工藝，才能達到設計要求。軍民用大涵道比渦扇發(fā)動機研制中需要攻關的主要材料工藝項目包括：（1）大型寬弦風扇空心葉片（鈦合金或復合材料）制造技術；（2）大型鈦合金中介機匣鑄造、焊接和制造技術；（3）鈦合金整體葉盤/葉環(huán)制造及修復技術；（4）復合材料包容環(huán)制造技術；（5）風扇盤圓弧型榫槽加工技術；（6）三維彎扭多聯(lián)組合渦輪導向葉片精鑄技術；（7）定向凝固帶冠大展弦比低壓渦輪葉片精鑄技術；（8）風扇轉(zhuǎn)子和發(fā)動機本機平衡技術；（9）風扇機匣涂層本機加工技術；（10）耐600℃高溫鈦合金材料工程化與制造工藝；（11）鎳基高溫合金整體葉盤低成本制造技術；（12）低成本燃燒室機匣整體鑄造技術；（13）火焰筒浮動壁材料與制造技術；（14）高壓渦輪動葉及導葉用涂層及其涂覆工藝；（15）耐1100℃單晶渦輪葉片低成本材料、鑄造以及打孔工藝；（16）耐1100℃渦輪導葉低成本材料、鑄造以及打孔工藝；（17）粉末輪盤制粉、鍛造工藝以及缺陷檢測。3.3 試驗、測試技術大涵道比渦扇發(fā)動機與軍用小涵道比渦扇發(fā)動機相比，除了因為尺寸、流量、推力的增加，而需要對現(xiàn)有試驗設備和技術進行完善改進外，由于大涵道比渦扇發(fā)動機、尤其是民用大涵道比渦扇發(fā)動機，為了滿足適航條例的要求，需要進行大量的特殊的適航試驗，如吞咽試驗、包容試驗、環(huán)境試驗等。因此，在加緊建設相關的缺門試驗設備的同時，還需大涵道比渦扇發(fā)動機所需的特殊試驗技術進行研究，并發(fā)展相應的試驗方法和規(guī)范。主要包括：（1）整機試驗與調(diào)試技術；（2）發(fā)動機反推力試車技術；（3）發(fā)動機投鳥試驗技術；（4）發(fā)動機吞水、吞冰、吞砂試驗技術；（5）發(fā)動機側(cè)風、逆風試驗技術；（6）發(fā)動機噪聲場測量技術；（7）風扇葉片包容試驗技術；（8）部件和整機壽命和可靠性試驗技術。4 .關鍵技術解決途徑與措施建議4.1 軍用大涵道比渦扇發(fā)動機通過型號驗證機研制、原型機研制和科研試飛、定型批研制和設計定型、生產(chǎn)定型及批量使用等幾個發(fā)展階段，充分繼承了定型發(fā)動機的核心機、滑油系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的部分附件，繼承性較高，研制風險小，可降低研制成本、縮短研制周期。4.2 民用大涵道比渦扇發(fā)動機盡快組織實施先進民用大涵道比渦扇發(fā)動機關鍵技術研究計劃，利用10年左右時間，結(jié)合國際合作，通過部件/系統(tǒng)/核心機/驗證機研制，突破和掌握關鍵技術，夯實技術基礎，提高自主創(chuàng)新能力。然后，在驗證機的基礎上進一步研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)和當代水平的、取得適航證進入市場的民用大涵道比渦扇發(fā)動機。 4.2.1 關鍵技術攻關和驗證機研制（1）發(fā)動機總體方案設計和部件設計、加工和試驗。完成發(fā)動機總體方案設計和性能分析計算、整機/部件氣動熱力性能數(shù)值仿真分析、發(fā)動機方案草圖設計和選材方案、各部件和系統(tǒng)的設計技術指標和參數(shù)要求；完成總體/部件/系統(tǒng)試驗件設計和試驗、部件強度壽命設計分析、選材和關鍵加工工藝設計、部件/系統(tǒng)綜合數(shù)值仿真分析、輔助動力裝置設計和試驗等。 （2）核心機和驗證機的工程設計、加工和試驗驗證。完成核心機和驗證機的工程設計和加工、核心機的地面模擬試驗、驗證機地面臺架性能調(diào)整試驗、300小時地面臺架持久試驗、高空臺巡航狀態(tài)性能模擬試驗（H=11km，M=0.8）以及部分適航性標準試驗（如噪聲、低污染排放等）。4.2.2 原型機研制和適航取證在第一階段驗證機高空臺性能達標的基礎上，針對我國干線客機發(fā)動機的具體要求，完成原型機的研制，取得型號合格證、生產(chǎn)許可證和適航證。4.3 積極開展國際合作我國航空動力行業(yè)與世界先進水平相比，差距仍然較大，尤其在大涵道比渦扇發(fā)動機技術方面，基礎十分薄弱，缺乏技術儲備，大量關鍵技術尚未突破和掌握，沒有工程經(jīng)驗，材料、工藝差距更大，試驗設備不配套，缺乏高水平的人才，短期內(nèi)完全自行研發(fā)出先進大涵道比渦扇發(fā)動機有很大困難。為此，必須強化基礎、自主創(chuàng)新，又要改革開放、借助外力，積極開展國際合作。同時，也應看到，國際合作發(fā)展民用航空發(fā)動機已成為當今世界的一大潮流。為了籌措資金、技術互補、減少風險、擴大市場，即使實力超群的大國公司也在奉行合作開發(fā)的道路，表示了與我開展合作的意向。盡管仍然存在著多種矛盾和風險，但和平開放的國際環(huán)境畢竟為開展大涵道比渦扇發(fā)動機的國際合作提供了比較有利的條件。多年的實踐證明，與俄羅斯開展技術合作，能夠?qū)W到大部分關鍵設計技術，這是與西方國家合作所做不到的，而且俄羅斯也已經(jīng)表現(xiàn)出與我合作的強烈意愿，所以在開展關鍵技術研究和驗證機研制中，重點要抓緊對俄合作的工作。同時，也通過各種方式加強與西方的已有合作，并不斷探索新的合作途徑，通過與西方的商業(yè)合作加快型號產(chǎn)品的開發(fā)，盡快進入國際市場。4.4 加強材料、工藝、試驗等基礎條件建設有關材料、工藝是大涵道比渦扇發(fā)動機的關鍵技術之一，必須盡早安排計劃，攻關研究，加以突破。大涵道比渦扇發(fā)動機的研制需要特殊的加工和試驗手段，必須在現(xiàn)有基礎上， 根據(jù)軍民結(jié)合的原則，盡快進行補充和完善。如：野外試車臺、環(huán)境試車臺、2號高空艙、快速反應科研試制力量等。