【簡介：】材料達(dá)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(jī)發(fā)展概況大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)是指涵道比大于4的渦扇發(fā)動機(jī)，它具有推力大、耗油率低和噪聲小等

材料達(dá)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(jī)發(fā)展概況大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)是指涵道比大于4的渦扇發(fā)動機(jī)，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(yùn)輸機(jī)和其他大型亞聲速飛機(jī)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的性能、可靠性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性、和環(huán)保水平等方面都有很大進(jìn)步。與早期的渦噴發(fā)動機(jī)相比，發(fā)動機(jī)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(jī)的最大推力已超過50000 daN，發(fā)動機(jī)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(dá)到每1000飛行小時0.06～0.01次，航班準(zhǔn)點率達(dá)到99.95%～99.98%。發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上不拆換的工作時間達(dá)到16000小時，最長超過40000小時。發(fā)動機(jī)的噪聲強(qiáng)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(jī)市場上，150座級干線客機(jī)的發(fā)動機(jī)是主流產(chǎn)品。據(jù)預(yù)測，未來20年，世界150座級干線客機(jī)至少需要25000臺發(fā)動機(jī)，大約占民用發(fā)動機(jī)市場的73%。目前典型的150座級干線客機(jī)用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)是CFM國際公司的CFM56發(fā)動機(jī)和IAE公司的V2500發(fā)動機(jī)。其中，CFM56系列發(fā)動機(jī)占據(jù)150座級干線客機(jī)發(fā)動機(jī)市場的78%，該發(fā)動機(jī)不僅是B737飛機(jī)的唯一動力，而且贏得新型A320飛機(jī)一半以上的發(fā)動機(jī)訂貨，目前已經(jīng)交付使用的CFM56發(fā)動機(jī)超過15600臺。V2500發(fā)動機(jī)占據(jù)150座級干線客機(jī)20%左右的市場份額，主要用于A320、A321和MD-90客機(jī)。關(guān)于此類發(fā)動機(jī)今后的發(fā)展，CFM國際公司在1998～2004年實施了Tech56計劃，目標(biāo)是燃油消耗率降低4%～8%，擁有成本和維護(hù)成本降低15～20%，NOx排放比目前ICAO標(biāo)準(zhǔn)低40%～50%，噪聲比FAR36第三階段低20dB。該計劃發(fā)展的技術(shù)包括：金屬材料空心風(fēng)扇葉片、壓比15的6級高壓壓氣機(jī)、雙環(huán)腔預(yù)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(shù)將用于生產(chǎn)型的CFM56-5B/7B發(fā)動機(jī)。2004年底，CFM國際公司又開始實施LEAP56（前沿航空推進(jìn)）計劃，專門研究下一代150座級干線客機(jī)所需的發(fā)動機(jī)技術(shù)。該計劃的目標(biāo)是在目前CFM56-5B/-7B的基礎(chǔ)上，燃油消耗率降低10%～15%，維護(hù)成本降低15%～25%，機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)所需的齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)PW8000，2007年第一臺GTF驗證機(jī)將投入試驗，目標(biāo)是使發(fā)動機(jī)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(jī)推力為111～156千牛，壓氣機(jī)總增壓比40，風(fēng)扇直徑1.93 米。另外，英國羅羅公司和俄羅斯的一些機(jī)構(gòu)也都在積極發(fā)展下一代150座級干線客機(jī)的發(fā)動機(jī)技術(shù)。軍民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)技術(shù)的通用性很強(qiáng)（達(dá)70%），但是在安全可靠性、環(huán)保要求、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和適航取證方面，民用干線客機(jī)發(fā)動機(jī)比軍用運(yùn)輸機(jī)發(fā)動機(jī)要求更高、更嚴(yán)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(jī)數(shù)量不大，很多大型軍用運(yùn)輸機(jī)發(fā)動機(jī)就直接是民用發(fā)動機(jī)的改型，典型的機(jī)種包括CFM56-5C發(fā)動機(jī)和俄羅斯的D-30KP發(fā)動機(jī)等。二、 我國大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的需求與現(xiàn)狀1.需求分析研制大型飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)是黨中央、國務(wù)院在新世紀(jì)作出的具有重大戰(zhàn)略意義的決策。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)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(jī)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(jī)，包括軍民用兩型大型飛機(jī)發(fā)動機(jī)，這是必須實現(xiàn)的國家戰(zhàn)略目標(biāo)。發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的心臟，大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)是自主研制大型飛機(jī)的關(guān)鍵，發(fā)動機(jī)技術(shù)不突破，就無法掌握大型飛機(jī)研制的主動權(quán)。而民用航空發(fā)動機(jī)又是航空動力產(chǎn)業(yè)的重要支柱（國外民用發(fā)動機(jī)產(chǎn)值已達(dá)總產(chǎn)值的80%），不發(fā)展民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，就沒有獨立、完整、強(qiáng)大的航空動力產(chǎn)業(yè)和航空工業(yè)。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測，我國未來20年，僅150座級干線客機(jī)就需要800架左右，加上其他用途的大型飛機(jī)，共需軍民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)約2750臺，總價值達(dá)412億美元，折合人民幣3300億元左右。大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)用途廣泛、市場巨大，經(jīng)濟(jì)、軍事、社會效益顯著，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防建設(shè)和科技進(jìn)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(shù)領(lǐng)域取得了一些成績，在軍用渦噴和小涵道比渦扇發(fā)動機(jī)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(jī)，裝備了幾十種軍民用飛機(jī)，為空軍裝備建設(shè)和民用航空事業(yè)的發(fā)展作出了自己的貢獻(xiàn)。在大型飛機(jī)使用的大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)方面，對風(fēng)扇/增壓級、高壓壓氣機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)開展了初步研究，并在航空推進(jìn)技術(shù)驗證計劃支持下，建立了以設(shè)計定型的太行發(fā)動機(jī)核心機(jī)為基礎(chǔ)的大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)整機(jī)驗證平臺。但與國際先進(jìn)水平相比差距仍然較大，技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱，大量關(guān)鍵技術(shù)尚未突破和掌握，部分試驗設(shè)備還存在缺門，工程設(shè)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(jī)關(guān)鍵技術(shù)分析1.軍用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)總體方案根據(jù)大型軍用運(yùn)輸機(jī)及特種大型飛機(jī)的使用要求，在已設(shè)計定型的太行發(fā)動機(jī)核心機(jī)的基礎(chǔ)上，利用航空推進(jìn)技術(shù)驗證計劃構(gòu)建的大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)驗證平臺，對高壓壓氣機(jī)葉片進(jìn)行全三維改進(jìn)設(shè)計，改善核心機(jī)性能；同時改進(jìn)設(shè)計風(fēng)扇/增壓級，匹配設(shè)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(jī)。該發(fā)動機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)與正在服役的CFM56發(fā)動機(jī)相當(dāng)，與現(xiàn)役俄制D-30KP發(fā)動機(jī)相比明顯提高，在同等條件下，將使大型軍用運(yùn)輸機(jī)航程增加10％以上，具有一定的先進(jìn)性，可滿足我國大型軍用運(yùn)輸機(jī)對動力裝置的需求。2. 民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)總體方案突破關(guān)鍵技術(shù)，提高自主研發(fā)能力。以14噸推力級的下一代先進(jìn)民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)為背景，通過預(yù)先研究和國際合作，完成部件、系統(tǒng)、核心機(jī)和驗證機(jī)的設(shè)計、加工和試驗，突破民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)，基本具備自主研發(fā)能力。在驗證機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)市場和飛機(jī)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(jī)，滿足我國干線客機(jī)發(fā)展對動力的需求，進(jìn)入市場，逐步形成產(chǎn)業(yè)。主要技術(shù)指標(biāo)：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(dāng)時的適航標(biāo)準(zhǔn)；壽命、可靠性、可維護(hù)性等綜合性能水平優(yōu)于現(xiàn)役CFM56發(fā)動機(jī)，與其后繼機(jī)的水平相當(dāng)。3.大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)3.1主要設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)對于軍民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)而言，除環(huán)保、壽命和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)外，其他的主要設(shè)計技術(shù)是相同的，包括總體、部件、系統(tǒng)、整機(jī)、仿真等，因此將其關(guān)鍵技術(shù)合并研究，主要有：（1）大涵道比發(fā)動機(jī)總體方案設(shè)計技術(shù)（含飛發(fā)一體化和經(jīng)濟(jì)性分析）；（2）民用發(fā)動機(jī)適航技術(shù)；（3）大涵道比風(fēng)扇/增壓級設(shè)計技術(shù)；（4）高效高級壓比壓氣機(jī)設(shè)計技術(shù)；（5）低排放、長壽命燃燒室設(shè)計技術(shù)；（6）高性能長壽命高、低壓渦輪設(shè)計技術(shù)；（7）發(fā)動機(jī)短艙及反推力裝置設(shè)計技術(shù)；（8）核心機(jī)設(shè)計技術(shù)；（9）驗證機(jī)設(shè)計技術(shù)；（10）整機(jī)/部件綜合數(shù)值仿真技術(shù)；（11）大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)；（12）低噪聲設(shè)計技術(shù)；（13）長壽命、高可靠性和可維護(hù)性設(shè)計技術(shù)；（14）軸承和傳動潤滑系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)；（15）故障診斷和監(jiān)控技術(shù)；（16）渦輪主動間隙控制技術(shù)；（17）輔助動力裝置（APU）設(shè)計技術(shù)。3.2 材料、工藝技術(shù)軍用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)主要采用現(xiàn)有成熟材料和工藝，但在部分關(guān)鍵零部件（如大型風(fēng)扇葉片、機(jī)匣等）的制造上仍有其特殊要求，需要進(jìn)行攻關(guān)。民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)由于技術(shù)指標(biāo)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(dá)到設(shè)計要求。軍民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)研制中需要攻關(guān)的主要材料工藝項目包括：（1）大型寬弦風(fēng)扇空心葉片（鈦合金或復(fù)合材料）制造技術(shù)；（2）大型鈦合金中介機(jī)匣鑄造、焊接和制造技術(shù)；（3）鈦合金整體葉盤/葉環(huán)制造及修復(fù)技術(shù)；（4）復(fù)合材料包容環(huán)制造技術(shù)；（5）風(fēng)扇盤圓弧型榫槽加工技術(shù)；（6）三維彎扭多聯(lián)組合渦輪導(dǎo)向葉片精鑄技術(shù)；（7）定向凝固帶冠大展弦比低壓渦輪葉片精鑄技術(shù)；（8）風(fēng)扇轉(zhuǎn)子和發(fā)動機(jī)本機(jī)平衡技術(shù)；（9）風(fēng)扇機(jī)匣涂層本機(jī)加工技術(shù)；（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(shù)；（12）低成本燃燒室機(jī)匣整體鑄造技術(shù)；（13）火焰筒浮動壁材料與制造技術(shù)；（14）高壓渦輪動葉及導(dǎo)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(dǎo)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(shù)大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)與軍用小涵道比渦扇發(fā)動機(jī)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(shè)備和技術(shù)進(jìn)行完善改進(jìn)外，由于大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)、尤其是民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，為了滿足適航條例的要求，需要進(jìn)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(shè)相關(guān)的缺門試驗設(shè)備的同時，還需大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)所需的特殊試驗技術(shù)進(jìn)行研究，并發(fā)展相應(yīng)的試驗方法和規(guī)范。主要包括：（1）整機(jī)試驗與調(diào)試技術(shù)；（2）發(fā)動機(jī)反推力試車技術(shù)；（3）發(fā)動機(jī)投鳥試驗技術(shù)；（4）發(fā)動機(jī)吞水、吞冰、吞砂試驗技術(shù)；（5）發(fā)動機(jī)側(cè)風(fēng)、逆風(fēng)試驗技術(shù)；（6）發(fā)動機(jī)噪聲場測量技術(shù)；（7）風(fēng)扇葉片包容試驗技術(shù)；（8）部件和整機(jī)壽命和可靠性試驗技術(shù)。4 .關(guān)鍵技術(shù)解決途徑與措施建議4.1 軍用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)通過型號驗證機(jī)研制、原型機(jī)研制和科研試飛、定型批研制和設(shè)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(jī)的核心機(jī)、滑油系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的部分附件，繼承性較高，研制風(fēng)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(jī)盡快組織實施先進(jìn)民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)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(jī)/驗證機(jī)研制，突破和掌握關(guān)鍵技術(shù)，夯實技術(shù)基礎(chǔ)，提高自主創(chuàng)新能力。然后，在驗證機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)和當(dāng)代水平的、取得適航證進(jìn)入市場的民用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)。 4.2.1 關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和驗證機(jī)研制（1）發(fā)動機(jī)總體方案設(shè)計和部件設(shè)計、加工和試驗。完成發(fā)動機(jī)總體方案設(shè)計和性能分析計算、整機(jī)/部件氣動熱力性能數(shù)值仿真分析、發(fā)動機(jī)方案草圖設(shè)計和選材方案、各部件和系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)要求；完成總體/部件/系統(tǒng)試驗件設(shè)計和試驗、部件強(qiáng)度壽命設(shè)計分析、選材和關(guān)鍵加工工藝設(shè)計、部件/系統(tǒng)綜合數(shù)值仿真分析、輔助動力裝置設(shè)計和試驗等。 （2）核心機(jī)和驗證機(jī)的工程設(shè)計、加工和試驗驗證。完成核心機(jī)和驗證機(jī)的工程設(shè)計和加工、核心機(jī)的地面模擬試驗、驗證機(jī)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(biāo)準(zhǔn)試驗（如噪聲、低污染排放等）。4.2.2 原型機(jī)研制和適航取證在第一階段驗證機(jī)高空臺性能達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，針對我國干線客機(jī)發(fā)動機(jī)的具體要求，完成原型機(jī)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(jìn)水平相比，差距仍然較大，尤其在大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)技術(shù)方面，基礎(chǔ)十分薄弱，缺乏技術(shù)儲備，大量關(guān)鍵技術(shù)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(shè)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(jìn)大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)有很大困難。為此，必須強(qiáng)化基礎(chǔ)、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(yīng)看到，國際合作發(fā)展民用航空發(fā)動機(jī)已成為當(dāng)今世界的一大潮流。為了籌措資金、技術(shù)互補(bǔ)、減少風(fēng)險、擴(kuò)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(fēng)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(jī)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(shù)合作，能夠?qū)W到大部分關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，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(qiáng)烈意愿，所以在開展關(guān)鍵技術(shù)研究和驗證機(jī)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(qiáng)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(jìn)入國際市場。4.4 加強(qiáng)材料、工藝、試驗等基礎(chǔ)條件建設(shè)有關(guān)材料、工藝是大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，必須盡早安排計劃，攻關(guān)研究，加以突破。大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的研制需要特殊的加工和試驗手段，必須在現(xiàn)有基礎(chǔ)上， 根據(jù)軍民結(jié)合的原則，盡快進(jìn)行補(bǔ)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(yīng)科研試制力量等。