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「中國大飛機,去年就實現首飛了。我在國外也聽說了。但我跟你說一點――中國現時還造不出大型客機用的發動機!」前不久,一比特某國外航空公司的董事表示。作為華人,他希望中國的飛機製造產業能儘快提升到新高度,這樣,他投資的這家航空公司在機型上或可有更多選擇。但對於中國造不出大型客機發動機一事,令他對C919似乎信心不足。

這位外航董事所說,也對也不對。早在20世紀70年代末80年代初,中國就造出了可供大型客機使用的發動機。但隨著運- 10大飛機項目的下馬,國產大型客機發動機渦扇-8最後也隨之下馬。回首往昔,中國確實早已製造出大型飛機發動機,但是從經濟性等角度看,還無法投入商用。
但是,據瞭解,在研發過程中,中國航發商發先後突破了鈦合金寬弦高空心率風扇葉片、鋁合金大型薄壁風扇包容機匣、3D打印燃燒室燃油噴嘴等多項試製關鍵科技,2018年5月18日首臺發動機驗證機CJ-1000AX在上海點火成功,初步驗證了各部件及相關系統的功能和匹配性,後續將開展發動機整機初步效能摸底試驗。C919用上國產發動機的日子近了。
恰如CJ-1000AX的研發者中國航發商用發動機有限公司在網站首頁所掛出的「使命與願景」所言――「提供商用大函道比渦扇發動機系列產品和相應服務,成為商用航空發動機全球主製造商之一」,無疑,這家位於上海蓮花南路3998號的企業的夢想,是讓國產大飛機跳動「上海心」,甚至成為全球有影響力的商用航空發動機供應商。

點火,意味著什麼?

「近日,中國自主研製的大客發動機驗證機(CJ-1000AX)首臺整機在上海點火成功,覈心機轉速最高達到6600rpm。」一則短短的產業動態消息,由國家工業和信息化部裝備工業司發佈在官網上,似乎沒有引起太多關注。

然而,這恰恰是一次非凡的點火,意義極其重大!航空發動機被譽為製造業領域「皇冠上的明珠」。看似並不十分巨大的發動機,實則完全可以看出一個國家的工業綜合實力,包括工業底蘊、技術研發轉化能力、發展前景……

「上世紀80年代開始,中國航太開始在世界上有些名氣,並承接了一些外國衛星發射生意。」一比特老航太專家表示,「火箭發動機確實也考驗一個國家的工業能力,但要知道――那是‘一錘子買賣’,一次性的,飛上天後就報廢了。換句話說,只需要做到功率足够大,能够把火箭發射到指定位置就行了。當然,這一能力在1980年代的中國來說,已經很了不起了。而航空發動機與此不同,它是反復使用的。造不造得出相應功率的發動機是一回事,能不能投入商業運營――雜訊是否低到符合適航審定要求?可以正常使用的時間是否達到商業價值平衡?等等問題,需要工業製造能力來給出答案!」

國產大飛機C919將跳動的“3D列印”的國產芯

現時世界上能够造出商用級別航空發動機的,無非美國通用電力(GE)、英國羅爾斯・羅伊斯(Rolls-Royce)和美國普拉特・惠特尼(PW),頂多再算上法國賽峰(SAFRAN)旗下的斯耐克瑪(SNECMA)。如今世界上主要的客機生產廠商――波音、空客,包括巴西航空工業公司、龐巴迪等等,在發動機領域幾乎都是向這幾家訂貨。中國商飛也是如此。

國家大型飛機重大專項專家諮詢委員會委員吳興世先生告訴《新民周刊》記者:「早在2010年的巴黎航展上,中國商飛所屬的上海飛機製造有限公司與CFM國際公司正式簽署C919大型客機項目推進系統契约,商飛選擇CFM國際公司作為C919項目國外唯一的推進系統供應商。CFM國際公司研發的LEAP-X1C發動機,將成為C919大型客機唯一啟動動力裝置。」

CFM國際公司,即為法國斯耐克瑪與美國通用合資的一家公司。LEAP-X1C發動機,是基於CFM-56改進而來的一款發動機。CFM-56普遍採用在波音737和空客A320上,自1979年投入使用以來,已交付近20萬臺。

LEAP-X1C發動機是一款新型渦扇發動機,較之CFM56,將减少16%的燃油消耗。而一旦該發動機與新的飛機科技相結合――譬如飛機機身採用新材料而更輕盈,燃油消耗將進一步降低。

換言之,如果不研製中國自主知識產權的商用大飛機發動機,通過主製造商-供應商模式,僅用進口發動機,某種程度上也能造出國產大飛機。而飛機發動機工業,與商用飛機製造本身相比,完全是另一套體系,一個艱難程度不亞於甚至更高於大飛機項目的大工程。

國產大飛機C919將跳動的“3D列印”的國產芯

航空發動機行業具有高技術、高投入、高風險、高壁壘的特性。現時,研發普通單臺發動機的投入在10億到30億美元,時間週期為10年到15年。從1960年代開始,圍繞三四家航空發動機巨頭,全球此行業的主要製造商和供應商不超過25家。

同為航空強國的俄羅斯,在航空發動機領域,特別是在民航客機所用發動機領域,確實落後於美國和歐洲英法等國。有報導稱,西方的民航發動機使用壽命,動輒達到一兩萬小時,CFM56-3型發動機使用最長時間達到21529小時。而俄制此類發動機的平均壽命僅三五千小時。俄羅斯的問題還在於――隨著蘇聯解體,原本分散在各加盟共和國的航空工業被折開得支離破碎。譬如航空發動機工業,許多覈心部門在烏克蘭。隨著俄烏關係緊張,俄羅斯更難以獲得丟在烏克蘭的航發科技。

2018年4月16日,俄羅斯《獨立報》報導稱,英國羅爾斯・羅伊斯公司計畫為中俄聯合研發的CR929遠程寬體客機提供發動機。文章稱,現時無論俄羅斯,還是中國,都無法為這款中俄聯合研製、在中國組裝的客機提供具有競爭力的發動機。

2017年5月成立的、總部設在上海的中俄國際商用飛機有限責任公司,確實有CR929遠程寬體客機的研製項目,但現時中俄商飛並沒有對羅爾斯・羅伊斯公司的表態發表評論。俄羅斯方面則稱,其計畫研發的PD-35發動機,或將於2023年完成驗證樣機的研製工作,2028年可能投入批量生產,未來準備用於CR929客機。

該公司為國產寬體客機配套的CJ-2000系列發動機研製工作亦已啟動。而這,或許就是CR929的國產版發動機了。

中國為何在可以在國際市場買到發動機的同時,發展國產大客機發動機?

2016年,國家製造強國建設戰畧諮詢委員會公佈的一組數據,給出了國產大客機發動機一旦研發成功,可在商業領域獲得的好處――「未來十年,全球渦扇、渦噴發動機累計需求總量將超7.36萬臺,總價值超4160億美元;渦軸發動機累計需求總量超3.4萬臺,總價值超190億美元。」同時,「國內幹線客機對大型渦扇發動機的市場累計需求總量超6000臺,總價值超500億美元。」

國產大飛機C919將跳動的“3D列印”的國產芯

如果僅僅是為了在4000多億美元,甚至僅是500億美元的市場中分一杯羹,如今發展國產大客發動機,在時間上來說是非常緊張的。畢竟,設計、製造、驗證審定,包括商業契约,這一系列流程走下來,即便其中沒有差池,也會經歷好多年。CFM56當年花費七八年時間才得以走向市場。即便具有後發優勢,國產大客發動機也不可能一蹴而就。換言之,中國即使想在這十年週期內分得航空發動機的一杯羹,也不會分到很多。

但中國人仍然要去研發國產大客發動機,因為自己擁有這一製造能力,與受制於人,完全是兩個概念。

吳興世說:「雖說是執行主製造商-供應商模式,可是,在飛控、燃油、液壓、航電等系統,商飛都會選擇一個B角,發動機系統亦然。」

CJ-1000AX首臺發動機驗證機整機在上海點火成功,標誌著中國大中型商用航空發動機製造跨進了一個新紀元。此前,航空發動機是「卡脖子」瓶頸,這一次中國航發商發加快了核心技術攻關、搶佔了產業制高點。未來,一旦發生A角無法登場的情况,B角將馬上解决問題。而國產大客發動機有朝一日能被國際市場所接受,其意義比之C919乃至CR929進入航空公司服役不遑多讓。

一個臺階一個臺階的登攀

CJ-1000AX由中國航發商發負責研製,直徑1.95米,長3.29米。該發動機包含風扇/增壓級、覈心機、低壓渦輪和附件傳動機匣裝置,由近35000個零組件組成。CJ-1000AX在上海點火成功,意味著中國的大型客機發動機工業,即將投入激烈的國際競爭。

提及中國的大型客機發動機,許多人會想到1979年定型的國產渦扇-8發動機。渦扇-8發動機就是在上海研發出來的。其作為為國產大飛機運-10配套的發動機,曾是運-10的「心臟」之一,先後飛到北京、烏魯木齊、鄭州、合肥、廣州、昆明、成都、拉薩等地,累計試飛130次,飛行時間170小時,各項效能達到設計名額。

國產大飛機C919將跳動的“3D列印”的國產芯

但隨著運-10的下馬,渦扇-8項目亦下馬。原因是多方面的,但根本的一個原因在於――造得出能够使用的飛機和發動機,並不意味著投入商用能够賺錢。二十年彈指一揮間。由國產大型客機C919項目上馬,為國產大飛機配備「中國心」,發展出國內的航空發動機供應商,成了題中之義。

2009年1月18日,由中國航空工業集團公司與上海烟草集團有限責任公司、上海電氣(集團)總公司、上海國盛(集團)有限公司共同出資組建中國航發商用航空發動機有限責任公司,簡稱「中國航發商發」。在選擇國外發動機生產商為C919服務的同時,國產大客機發動機驗證機項目於此始啟動,然後開始了一個臺階一個臺階的登攀。

2013年由概念設計階段轉入初步設計階段。2016年7月4日和5日,工業和信息化部在上海組織召開大型客機發動機驗證機項目初步設計評審暨轉入詳細設計階段會議。由中國工程院院士劉大響擔任主任的評審委員會經過兩天的認真質詢、評審後認為,大型客機發動機驗證機項目初步設計階段研製工作已基本完成,形成工程圖7800餘張,科技報告2700餘份,完成部件系統試驗423項,根據試驗結果完成工程圖優化2300餘張,更新科技報告500餘份,發動機總體科技方案合理可行,達到了既定目標,可以轉入詳細設計階段。

2016年12月,中國航發商發與中國商用飛機有限責任公司簽訂C919飛機系列動力裝置意向書,被正式確認為C919飛機國內動力裝置提供商。

2017年4月,中航發向中國民用航空適航審定中心遞交了為國產大飛機配套的唯一國產動力CJ-1000A項目適航工作聯系函。

半年多以之後,2017年12月,CJ-1000AX首臺整機完成裝配。2018年3月30日,其在上海臨港總裝試車臺完成了全部調試工作。4月3日通過了試驗前評審,之後落實專家代表提出的各項意見建議後,首次點火,一次成功。

在研發過程中,中國航發商發先後突破了鈦合金寬弦高空心率風扇葉片、鋁合金大型薄壁風扇包容機匣、3D打印燃燒室燃油噴嘴等多項試製關鍵技術。近日首次點火一次成功,初步驗證了各部件及相關系統的功能和匹配性,後續將開展發動機整機初步效能摸底試驗。

國產大飛機C919將跳動的“3D列印”的國產芯

從2013年之前的概念設計階段,到如今點火成功,開始整機初步效能摸底試驗,中國航發商發遵循「主製造商-供應商」研製模式,積極拓展國內外供應商資源網絡,依託中國航空研究院上海分院構建產學研協同創新體系,現時已有110多家全球合作夥伴參與中國商用航空發動機產業,涉及產品研發、製造、原材料以及試驗測試等領域。

融入世界,未來,將有可能讓中國航發商發成為國外飛機製造企業的供應商嗎?現時看,一切皆有可能。

來源:南極熊