商飛發動機突破性進展:CJ-1000A裝機測試?C919發動機或將國產化

星辰大海路上的種花家 發佈 2024-03-04T03:23:51.683937+00:00

快手作者WHXL子涵在3月22日發布一個視頻,畫面中一架巨大的白色塗裝飛機從天空中快速掠過,而令人震驚的是飛過頭頂時看到其裝機的發動機為3細1粗,作者表示並不清楚這種飛機的型號,估計可能是新款客機!換件衣服就看不出來了?運-20新塗裝!

快手作者WHXL子涵在3月22日發布一個視頻,畫面中一架巨大的白色塗裝飛機從天空中快速掠過,而令人震驚的是飛過頭頂時看到其裝機的發動機為3細1粗,作者表示並不清楚這種飛機的型號,估計可能是新款客機!

換件衣服就看不出來了?運-20新塗裝!

筆者剛看到這架大飛機也有點懵圈,看著像運-20,但這塗裝實在是太土了,怎麼會有這種塗裝?但仔細看看,這架大型飛機就是我國的運-20,只是這個白色的塗裝實在干擾了大家,下面截個圖做下比較,相信各位朋友就不會有任何疑問了:

運-20就不多介紹了,目前幾乎已經可以全球抵達,最近一次出遠門是3月5日,運-20再次遠赴歐洲腹地-奧地利因斯布魯克機場,接回參加「雪絨花「國際山地步兵比賽並獲得第三名的中國軍方代表團。

三細一粗的發動機:究竟是什麼情況?

運-20A的發動機是WS-18,也就是D-30KP-2的國產版,比大毛版要優秀一些,但局限於涵道比比較小,推力還是小了,目前最新的運-20B已經換裝了WS-20,就在前陣子,運-20B帶著現役空軍運-20的藍黑色經典塗裝在某市上空招搖過市!

粗短的發動機,藍黑色的塗裝,妥妥的WS-20。但問題來了,這架運-20的發動機三細一粗明顯就是發動機試車台+測試發動機,這WS-20都列裝了還測什麼呢?難道又有新發動機出來了不成?

答案可能是真的,而且很可能是商飛的CJ-1000A

因為這個塗裝不是軍用的,而商用塗裝又在裝機測試發動機,我國大涵道比發動機只有WS-20和CJ-1000A,而這個又是商用塗裝,所以是CJ-1000A無疑,並且這款發動機已經到了裝機測試的階段,這表示已非常成熟,不久後即可正式裝機飛行了。

發動機從研發到裝機運行:有幾個階段?

可能有很多朋友認為,發動機研發開始到裝上飛機正式運行,研發占了大部分費用,因為發動機研發難度很大嘛!但事實上從時數與費用角度來計算的話,是測試占了大部分,據劉大響院士透露,我國某型發動機的研製費用中,設計占10%,製造占40%,而試驗要占50%。

目前美、英、俄三國軍用發動機被批准定型投入使用前,需要建造至少51台、多至114台以上進行試驗,地面運轉1~1.6萬小時,飛行試驗還要2000小時以上才能最終定型,而且在這個所謂的運轉測試中,有很多都是喪心病狂,下文就這個測試來個簡介,看看到底有多喪!

發動機測試:部件試驗和全台發動機的整機試驗

發動機測試基本上分成兩個階段,研發的各個階段以及成型後測試都不一樣,則研發中測試的部分包括進氣道試驗、壓氣機試驗、燃燒室試驗、加力燃燒室試驗(軍用發動機)、尾噴管試驗、附件試驗以及零、組件的強度、振動試驗等,這些測試保證發動機的各個部件可以滿足測試工況。

到了研發後期,發動機測試又將進入一個新的階段,此時已經是整機試驗,環節包括:整機地面試驗、高空模擬試驗、環境試驗和飛行試驗等,這些試驗包含的內容是不一樣的:

  • 整機地面試驗

這個試驗大家應該非常熟悉,比如F119發動機在試車台架上,前面罩上一個防吸入雜物的罩子,尾噴口對著一個隧道口,發動機打開加力狂飆:

這就是整機地面試車的室內試車台,另一類則是露天試車台,或者叫高架試車台和平面試車台,兩者同一種測試環境,但測試的發動機大小不一樣,室外的一般適合測試大涵道比渦扇發動機。

  • 高空模擬試驗

很多朋友以為的高空台測試是長下圖這樣的,因為很多作者在寫高空台的時會把類似圖配上,但這種只是室外地面台而已:

所謂的高空台並不是「高」,因為客機和戰鬥機飛行高度在10~20千米高度範圍之間,地面不可能造一個如此高的建築,因此要用地面環境來模擬:

高空模擬測試是整個測試中對環境要求最高的,因為要模擬發動機在各個空域運行,環境就會有很大的差異,比如大氣稀薄的環境只是其中之一,還要模擬最高180℃到高空低溫-70℃的環境,排氣(發動機尾氣)系統還需要抽氣,諸多要求下一個高空台的耗電量是相當大的,幾乎相當於一個小型城市。

高空台除了模擬各種高空環境外,其他要測試的範圍還包括飛行馬赫數,以及飛行姿態,像攻角、側滑角等,所以高空台的研發和測試難度都非常大。我國自行研發並在1995年投入使用的SB101高空台性能相當優秀,滿足了我國航空發動機研發的測試需要。

我國在這個技術上突破是繼美、俄、英、法後居第五位,在亞洲目前是第一位,因此SB101高空台被稱為「亞洲第一台」。

  • 環境試驗

環境試驗是發動機測試中最暴力的環節,因為包括一些極端測試,比如高低溫起動和加速試驗、環境結冰試驗、腐蝕敏感性試驗,此外還有吞鳥試驗、外物損傷試驗、吞冰試驗、吞沙試驗、吞入大氣中液態水試驗、吞入火藥氣體試驗等。

其中最震撼的是吞水試驗,測試時在發動機前方一排噴水口,對著運行中的發動機一頓噴水,噴口噴出大量水霧,看著相當壯觀。其實有外涵道的渦扇發動機,大量水汽都被甩到外涵道上噴出了,真正進入核心機的水並不多。

破壞性最大的是外物損傷試驗,這不是試驗發動機的吞異物能力,而是測試發動機外殼的包覆性,因為發動機轉速高達上萬轉甚至數萬轉,一旦撞擊異物葉片脫落,就會像炮彈一樣飛出,外殼如果沒發將葉片包覆住,那麼就可能飛向機艙,造成極端嚴重的後果。

  • 飛行試驗

完成了這些試驗之後就可以進行飛行試驗了,這種試驗可以概括為裝到飛機上測試,但這種發動機還沒成熟,萬一停車了怎麼辦?所以測試發動機的技術也是五花八門,比如在飛機一側長出一台發動機來的:

這是因為這台發動機在空中可能會多次啟動,也可能會測試狀態熄火,各種參數的取得必須保證載機安全,所以一般都是在現有雙發飛機上「加」一台飛機或者四台發動機中將其中一台發動機替換成需要測試的發動機:

這是當年測試WS-20時的狀態,目前這個發動機已經變成了CJ-1000A,可喜可賀,到了飛行試驗這一關,距離正式裝機也不遠了!

CJ-1000A裝機測試:C919或將全國產化

CJ-1000A也就是長江-1000A,其實C是CHINA的首字母,而J則是Jet Engine的首字母,湊起來居然剛好是長江,也是天意!1000A表示發動機的推力等級在10000kgf-19999kgf(千克力)範圍,而A則是第一型產品代號。

這台發動機長度為3290毫米,直徑1950毫米,壓縮級為1級風扇(鈦合金制)、3級增壓渦輪及10級高壓壓氣機,2級高壓渦輪和7級低壓渦輪,涵道比為9,最大推力在12913~13608kgf左右。

  • C919或將全面國產化

WS-20是我國運-20的「標配」發動機,CJ-1000A這是C919的「標配發動機」,和運-20一樣,用國外的發動機是權宜之計,國產發動機才是它真正的動力。

2022年12月9日,編號為B-919A的C919大型客機從上海浦東國際機場起飛前往上海虹橋機場,這標誌著全球首架C919大型客機開始交付首架用戶中國東方航空。隨後飛機在上海虹橋機場成功降落並「過水門」,慶祝C919首架交付成功!

波音和空客的官方微博都發表了祝賀中國商飛交付首架C919客機、為全球民航市場帶來一款新機型的喜慶海報!並且表示期待與中國商飛及其他業界同行一道,繼續致力於航空業的長期可持續發展。

中國人只造了個殼子,美國人卡脖子怎麼辦?

C919是中國商飛自行研製、具有自主智慧財產權的大型噴氣式民用飛機,屬於座級158-168座,航程4075-5555公里支線客機,其未來競爭對手為空客A320Neo和波音B737Max,截止2022年底,已經簽署了總共330架飛機的確認合同!

目前中國商飛年交付能力為個位數,不過商飛正在擴大產能,到2025年時能達到50架的規模,其售價大約為1億美元,比空客和波音同系列要略低,另外其優秀的氣動設計和超臨界機翼讓其節油性能要比同系列飛機要優秀,是具有非常大競爭力的機型。

目前C919機體中的機身(含中央翼盒)、外翼翼盒(含固定前、後緣)、副翼、後緣襟翼、擾流板等是西飛提供的,機頭是成飛製造的,垂尾、平尾是沈飛製造的,機翼擾流片則是昌飛,前機身和中後機身是洪都航空製造的,雷達罩為濟南特種所製造。

另外比較關鍵的C919的APU系統和飛控都是霍尼韋爾提供的、最核心的發動機是GE的LEAP-1C、不過飛控中的飛行控制律的算法由我國自行編寫,整體上來看,C919的國產化率大概在50%左右,因為發動機占了大頭,所以坊間認為50%還要略低一些。

俄烏衝突後西方國家對俄羅斯禁運就波及到了俄羅斯蘇霍伊與西方合作研製的SSJ100客機,這款飛機的發動機還是俄羅斯自行研製的,國產化率已經達到88%以上,但仍然在制裁中遭遇無法獲得技術與零件服務而部分停飛。

我國的C919目前還可以順暢獲得西方製造的零部件與服務,但一旦發生台海危機,很有可能會遭遇和SSJ100一樣的境地。而另一個問題則是C919和波音空客的競爭問題,C919已經售出了超過330架,與波音空客的銷量相比還是有一些差距,但逐漸壯大將會威脅兩者的地位,那麼聯手絞殺中國商飛可能就會發生,就像現在美國聯手西方國家聯手遏制中國科技發展一樣。

C919換裝CJ-1000A發動機後將不再受到西方的制約,要是西方不制裁C919,那麼未來銷往歐美國家的C919可能仍然會裝上LEAP-1C發動機,如果制裁,那麼全系將換成國產,這一點在CJ-1000A成功後就有底氣了。

目前C919比較大的障礙是只獲得了CAAC適航證(中國民航局),如果要在歐美國家運營的話需要獲得FAA(美國聯邦航空管理局)和EASA(歐洲航空安全局),現在C919就卡在這上面了,隨著中美關係日漸緊張,這個適航證估計是要懸了。

持有CAAC適航證也可以在認可該適航證的亞非拉多國飛行與運營,但無法飛越歐美空域。雖然沒有歐美適航證對C919影響並不大,因為國內市場就可以讓中國商飛生產很多年,但歐美適航證對於C919來說依然很重要,這個實際意義不大但很有象徵意義,這表示歐美全系認可C919的適航安全性。

從俄烏衝突以後,C919取得FAA和EASA適航證的預期正在降低,與其在這上面浪費太多時間,不如安心搞C919的生產線,擴大產能,增加生產線技術成熟度,交付更多飛機來得更有意義,C919未來的前途將是一片光明!

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