大飞机的关键点。
今年中国国内制造业最受关注的事件之一,就是自主研发14年的干线喷气式飞机C919终于进入市场并开始商业运营。 在这一激动人心的成就背后,关于飞机关键部件国产化的争议一直没有停止。
大飞机结构复杂,几乎涉及所有科技、工业制造门类,对每个科技领域都有最极端的要求,也是中国尖端制造业最好的展示舞台。 因此,从开发到交付,C919的国产化率一直备受外界关注。 对于这个问题,官方的答案是60%。
这也是正常的,现代客机制造业是一个高度国际化的行业,关键零部件选用欧美成熟的一流厂家也是可以理解的,包括被视为飞机“心脏”的发动机,以及通信导航系统, 飞行数据记录系统、起落架系统等 但也有一些技术必须从一开始就掌握在自己手中,比如一整套控制飞机的理论和逻辑——飞机控制法。
中国商飞上海飞机设计研究院控制律研究组组长郑晓辉解释,控制律实际上是飞控计算机中的一种算法,与飞行器的气动特性和整体配置布局有关,需要大量的风洞试验数据支持, “控制律可以控制飞机如何移动和飞行,即在不同情况下它是什么姿态,因此它与飞机的性能和安全有着深刻的联系。”
而且这项技术也是一直被国外限制出口和转让的核心技术,所以只能自己制造。 在过去的14年里,中国商飞一直在研究自己的飞机“大脑”,最终的效果已经得到了一定程度的验证。 那么另一个也有“卡住”风险的发动机呢?
现有产品的缺陷。
C919目前的发动机是通用汽车公司和赛峰集团(CFM International)联合研发的LEAP-1C,LEAP(Lead Edge **iation Propulsion,“尖端航空推力”)系列发动机几乎是单通道窄体干线客机的首选,空客A320neo系列和波音737MAX系列分别使用LEAP-1A发动机和LEAP-1B发动机。
单通道窄体客机是目前民航业的主流机型,客机的客舱是一排6个座位,由一个通道隔开,每边3个座位,因此被称为“单通道”。 这两架飞机占空客和波音所有交付量的近80%,C919也瞄准了同一市场。
然而,LEAP发动机的不同子型号之间在性能上也存在差异,简而言之,LEAP-1C是整个系列中最重、最大的“阉割版”。
它在尺寸和重量轻方面并不占主导地位,主要是由于材料。 LEAP-1C采用的涡扇发动机材料体系属于第三代,而1A和1B则是***
出口到中国的LEAP发动机的涡轮盘和涡轮叶片已由钛铝合金取代为常规高温合金和钛合金,陶瓷基复合材料盖环也被金属材料取代发动机的主要承重部件——机壳,已经从高温轻量化航空材料转变为传统的高温合金材料,但为了保证强度,必须增加部件的截面,最终导致1C的体积和重量与1a和1b相比显著增加。
LEAP-1C差点被禁止
尽管它的尺寸很大,但1c的推力并不是三者中最高的。 推重比是衡量发动机性能的重要指标之一,它是指发动机推力与发动机本身重量的比值,用来表示发动机单位重量产生的推力。 公开数据显示,1C的推重比分别比1A和1B低30倍72% 和 2677%,这意味着,在相同的两个发动机下,C919客机比单独的波音737MAX多了2个发动机重量3吨。
虽然是卖给我们的“阉割版”,完全没有仿制价值,但“卡脖子”的风险依然存在。 2024年初,中国商飞遭遇发动机禁运危机2024年1月,美国国防部将包括中国商飞在内的9家中国企业列入“中国涉军企业”名单。 不过,该清单主要限制了美国人的投资,并不影响发动机采购。
不过,芯片教训在前,C919何时能被自研发动机取代也引起了市场的关注。
CJ1000A的状况如何?
中国研制商用大型飞机发动机的计划早已到位,但发动机的研发速度一直跟不上C919投放市场的时间表。
CJ1000A尚未获得适航证
2024年1月,国家成立了中航商用航空发动机有限公司(后改组为中国航发商用航空发动机集团),成为中国大型客机发动机项目的总承包商,负责中国商飞飞机产品三大发动机产品系列的规划开发:搭载C919大型客机的长江-1000, 长江-2000配备CR929宽体客机,长江-500配备ARJ21支线客机改进型。
去年10月,有报道称长江-1000A(CJ1000A)发动机已进入适航审定阶段,这意味着该发动机的研制工作已基本完成。 只不过认证测试通常需要几年时间,即使开发成功,也会优先用于军用航空,拿到证书并用于民航商业运营,将是一个长期测试的问题。
另一方面,根据现有资料,我们可以客观地评价CJ1000A目前还不能超过LEAP-1C,但在数量和一些关键技术点上已经赶上了LEAP-1A。
根据此前公布的消息,CJ1000A发动机在设计上与LEAP-1C几乎相同,由1级风扇、3级增压级、10级高压压缩机、单环形燃烧室、2级高压涡轮机和6级低压涡轮组成,只是燃烧室不同。
CJ1000A采用相对落后的环形燃烧室,而LEAP系列发动机采用的是第二代TAPS贫油燃烧室,虽然两者的燃烧效率差不多,但前者会产生较多的氮氧化物,不利于日后获得欧美适航证。
在风道比方面,CJ1000A为9:1,低于目前LEAP-1C的11:1。 旁通比是涡扇发动机外管道与内通道的空气流量之比,又称流量比,是涡扇发动机的重要设计参数,对发动机的油耗率和推重比影响很大。 在风扇方面,CJ1000A仍然使用钛合金风扇,比1C中使用的复合材料更重。
因此,现阶段CJ1000A只是LEAP-1C的替代版本,在技术方面还有一些需要迎头赶上的部件。 但是,就体积和重量而言,直径为195米,329米CJ1000A与LEAP-1A几乎相同;此外,中科院金属研究所已成功研制钛铝合金叶片,一旦量产安装,未来涡轮叶片将大大减少,进一步降低油耗,提升经济效益。
对于C919等大型商业项目来说,在短时间内在海外市场使用成熟产品,当然是保证安全、经济的最佳选择但是,为了长期独立运行,CJ1000A必须弥补这一缺点。