大涵道比民用渦扇發動機總體方案
突破關鍵技術,提高自主研發能力。以14噸推力的下壹代先進民用渦扇發動機為背景,通過預研和國際合作,完成了部件、系統、核心機和驗證機的設計、加工和試驗,突破了民用渦扇發動機關鍵技術,基本具備了自主研發能力。在驗證機的基礎上,根據市場和飛機需求,研制具有自主知識產權和市場競爭力的大涵道比民用渦扇發動機,以滿足我國幹線客機發展的動力需求,進入市場並逐步形成產業。
主要技術指標:起飛推力14000 kgf;;巡航油耗:不超過0.56kg/(kgf . h)(h = 11km,m = 0.8);噪聲和有害物質的排放水平符合當時的適航標準;壽命、可靠性、維修性等綜合性能水平優於現役CFM56發動機,與其後繼發動機相當。
大涵道比渦扇發動機關鍵技術
主要設計關鍵技術
對於大涵道比的軍用和民用渦扇發動機,除了環保、使用壽命和經濟性,其他主要設計技術都是壹樣的,包括整體、部件、系統、整機、仿真等。因此,對關鍵技術進行了組合研究,主要包括:
(1)大涵道比發動機總體方案設計技術(包括起飛綜合和經濟分析);
(2)民用發動機適航技術;
(3)大涵道比風扇/增壓級設計技術;
(4)高效先進壓縮比壓縮機設計技術;
(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)發動機短艙和反推裝置的設計技術;
(8)核心機設計技術;
(9)驗證機的設計技術;
(10)整機/部件壹體化數值仿真技術;
(11)大涵道比渦扇發動機數控系統設計技術;
(12)低噪聲設計技術;
(13)長壽命、高可靠性、可維護性的設計技術;
(14)軸承和傳動潤滑系統設計技術;
(15)故障診斷與監測技術;
(16)渦輪主動間隙控制技術:
(17)輔助動力裝置(APU)設計技術。
材料和技術
大涵道比的軍用渦扇發動機主要采用現有的成熟材料和工藝,但對壹些關鍵零件(如大型風扇葉片、機匣等)的制造仍有壹些特殊要求。),這是需要解決的問題。民用大涵道比渦扇發動機的技術要求更高,對適航審定的要求也更多,需要更多的新材料和新工藝來滿足設計要求。軍民用大涵道比渦扇發動機研制中需要解決的主要材料和技術項目包括:
(1)大型寬弦風機空心葉片(鈦合金或復合材料)制造技術;
(2)大型鈦合金中間殼體的鑄造、焊接及制造技術;
(3)鈦合金整體葉盤/圍帶的制造與修復技術;
(4)復合材料容納環制造技術;
(5)風扇盤圓弧榫槽加工技術;
(6)三維彎扭組合渦輪導向葉片精密鑄造技術;
(7)定向凝固冠高縱橫比低壓渦輪葉片精密鑄造技術;
(8)風扇轉子和發動機的固有平衡技術;
(9)風機外殼塗層本加工技術;
(10)600℃耐高溫鈦合金材料工程與制造技術;
(11)鎳基高溫合金整體葉盤低成本制造技術;
(12)燃燒室殼體低成本整體鑄造技術;
(13)火焰筒浮動壁材料及制造技術;
(14)高壓渦輪葉片和導向葉片的塗層及其塗覆工藝;
(15)抗1100℃單晶渦輪葉片的低成本材料、鑄造和沖壓工藝;
(16)耐1100℃的渦輪導葉低成本材料、鑄造和沖壓工藝;
(17)粉輪的粉磨、鍛造工藝及缺陷檢測。
測試和測試技術
與軍用小涵道比渦扇發動機相比,大涵道比渦扇發動機由於尺寸、流量和推力的增加,需要對現有的試驗設備和技術進行改進。由於大涵道比渦扇發動機,尤其是民用大涵道比渦扇發動機,需要進行大量的特殊適航試驗,如吞咽試驗、包容試驗和環境試驗,以滿足適航規章的要求。因此,在加緊建設相關缺門試驗設備的同時,需要研究大涵道比渦扇發動機所需的特殊試驗技術,制定相應的試驗方法和規範。主要包括:
(1)整機測試調試技術;
(2)發動機反推力試驗技術;
(3)發動機甩鳥試驗技術;
(4)發動機吞水、吞冰、吞沙試驗技術;
(5)發動機側風和逆風試驗技術;
(6)發動機噪聲場測量技術;
(7)風機葉片包容試驗技術;
(8)部件和整機的壽命和可靠性試驗技術。
關鍵技術解決方案和措施。
大涵道比民用渦扇發動機
盡快組織實施先進民用大涵道比渦扇發動機關鍵技術研究計劃,利用10年左右時間,結合國際合作,通過部件/系統/核心機/驗證機的研制,突破和掌握關鍵技術,夯實技術基礎,提高自主創新能力。然後在驗證機的基礎上,進壹步研制具有自主知識產權、當代水平和適航證的民用大涵道比渦扇發動機。
關鍵技術研究及驗證機開發
(1)發動機總體方案設計和零部件設計、加工和測試。完成發動機總體方案設計和性能分析計算,整機/部件氣動/熱性能數值仿真分析,發動機方案草圖設計和選材方案,各部件和系統的設計技術指標和參數要求;完成總體/部件/系統試件設計與試驗、部件強度壽命設計與分析、材料選擇與關鍵加工工藝設計、部件/系統綜合數值模擬分析、輔助動力裝置設計與試驗等。
(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加工、核心機地面模擬試驗、驗證機地面臺架性能調整試驗、地面臺架300小時續航試驗、高空平臺巡航狀態性能模擬試驗(H=11km,M=0.8)和部分適航標準試驗(如噪聲、低汙染排放)。
4.2.2樣機開發和適航取證
在第壹階段驗證飛機高空平臺性能達標的基礎上,按照我國幹線客機發動機的具體要求研制了樣機,並取得了型號合格證、生產許可證和適航證。
4.3積極開展國際合作
我國航空動力工業與世界先進水平相比還有很大差距,特別是在大涵道比渦扇發動機技術方面,基礎非常薄弱,缺乏技術儲備,大量關鍵技術沒有突破和掌握,沒有工程經驗,材料和技術差距更大,試驗設備不配套,高層次人才缺乏。要在短時間內研制出先進的大涵道比渦扇發動機是非常困難的。為此,我們必須強化基礎,自主創新,改革開放,積極與外部力量開展國際合作。
同時也應該看到,發展民用航空發動機的國際合作已成為當今世界的壹大趨勢。為了籌集資金,技術互補,降低風險,拓展市場,就連大國有實力的公司都在走合作發展的道路,表達與我合作的意向。雖然還存在很多矛盾和風險,但和平開放的國際環境為大涵道比渦扇發動機的國際合作提供了有利條件。
多年的實踐證明,大多數關鍵設計技術都可以通過與俄羅斯的技術合作學到,這是與西方國家的合作無法做到的。此外,俄羅斯表現出與我合作的強烈意願。因此,在關鍵技術和驗證機的研發中,重要的是要密切關註與俄羅斯的合作。同時,通過各種方式加強與西方的現有合作,並不斷探索新的合作方式,通過與西方的商業合作,加快型號產品的開發,盡快進入國際市場。
4.4加強材料、工藝、測試等基礎條件建設。