鲲鹏之心

火心

近年来，我国航空工业捷报频传，国产大飞机Y-20、C919已浮出水面，只待最后的破壳成蝶。然而，让我们感到尴尬的是这两型大飞机的“心脏”却分别采用俄制D-30KU/KP发动机和CFMI公司研制的LEAP-X发动机。我国这两只“大鹏”若想与国际同类产品一较高低，一颗健康且国产的“龙心”才是我国大飞机计划的关键节点。

从上世纪80年代至今，美国的CFM56系列发动机凭借优异的性能成为各国大飞机的“梦中情人”，也是我国航发工业在很长时间内的追赶目标。但事实上我国只能选定俄罗斯的D-30KP-2发动机作为起步目标，PS-90A-76为过渡目标，并立足自我的“太行”衍生大涡扇作为我国的航发的长期目标。

作为苏俄代表性大飞机伊尔-76运输机的动力系统，D-30KP系列在苏俄大涡扇领域有着很重要的地位，它也是我国空军大型飞机的“心脏”，且我国也进行了仿制，命名为WS-18。

Y-20选用了D-30KP系列发动机作动力，说明我国国产大涡扇仍未达到可用地步。若WS-18能国产化，就不用在动力系统方面看俄罗斯的脸色。WS-18在我国的主要应用领域是我国的H-6的换发以及伊尔-76的延寿换发。但未来量产的运-20必须是“龙心”，而不是带有俄罗斯色彩的WS-18。WS-18虽不能成为未来大运的“心脏”，但在“龙心”未成熟之前，临时应急一下还是可以的。

作为D-30KP系列的后续型号，中等推力量级的PS-90A发动机配装在伊尔-96、图-204等大中型客机上，可以继续巩固俄在大涡扇领域的地位。但因苏联解体，PS-90S发动机陷入了困境。

俄罗斯政府还是认识到PS-90A对本国航空工业的重要性，仍坚持该型号的改进升级工作。PS-90A发动机的整体水平达到了俄罗斯航发工业的最高水平，但因与西方同类产品依然存在着不小的差距，因此除了俄罗斯的航空市场，民用版PS-90A基本没有国外订单。不过，其军用版PS-90A-76发动机因用户的特殊性却有另一番火红的现象。

作为伊尔-76运输机的换发动力系统，俄罗斯对PS-90A-76发动机呵护有加，并在新世纪后取得了巨大成功。正是由于PS-90A-76的成熟，伊留申联合体正式开发基于伊尔-76系列的深度改良型大运——伊尔-476。它被称为第四代伊尔-76（前三代依次为基本型、伊尔-76MD/TD、伊尔-76MF）。

一、中国大鹏的梦想之心——CFM56系列发动机

在大涡扇领域，无论从哪里角度论述，都不得不提到一位重量级选手——美国的CFM56系列发动机。CFM56系列发动机自诞生之日起，至今都无人能撼动其确立的长达数十年的霸主地位。

CFM56系列是在GE公司的F101核心机的基础上，为适应20世纪80年代后国际军民用大飞机市场的需求而研制的100KN级高涵道比涡扇发动机。从它的的第一个型号CFM56-2于1979年11月取得适航证后，到现在已经发展了CFM56-2、CFM56-3C、CFM56-5A、CFM56-5B、CFM56-5C、CFM56-7等6个系列，共28个型号，其推力范围覆盖了71—151KN，已经成为全球22个型号飞机的动力系统。

到目前为止，使用中各型CFM56系列发动机达到20000多台，发动机累计工作时间超过了3亿飞行小时。使用中的由CFM56系列发动机作为主动力的飞机超过6000架，目前我国使用的几型CFM56发动机共约有1000台。

二、我的中国心——国产“太行”衍生大涵道比涡扇发动机

将我国大飞机的工业命脉交他国掌握是不可能的。我国外购他国的大涡扇只是权宜之计，具有“中国心”才是我国大飞机工业的终极追求。

我国高层在屡次撞墙后才真正认识到航发之于一国的重要性，从上世纪80年代开始从国家战略层面科学而周密地制定了我国未来航空工业的发展计划。其中更将航发工业列为重中之重，新世纪后终结硕果。其中仿效欧美的核心机计划则是最为关键的环节。近几年来，几代航空人力图改变航发工业困局的努力终现曙光。该计划覆盖了我国目前以及可预见的未来航发工业全领域的所有动力型号，它为我国未来诸多航发型号系列化发展提供一台合适的核心机，尤以 “太行”核心机最具代表性。我国的大涡扇也因此受益。

基于我国目前整体国力的大幅度上升及借鉴国外航发工业的相关技术，我国大涡扇事业是以1990年以后的技术水平为起点（代表产品有CFM56-5系列，GE90、GEnx、遄达800系列等）。同时，军用大涡扇在研发之时也兼顾民用大飞机的动力系统，做到两者兼顾，互通有无，缩短战线，集中力量，重点突破。

“十五”期间，我国效仿西方航发强国，正式启动了我国航发核心机计划——航空推进技术验证计划（APTD），开启了我国航发工业的新篇章。有些企业和研究机构的科研人员针对伊尔-76换发技改的未来需要，以已成熟的“太行”发动机的核心机为基础开展了“大涵道比涡扇发动机设计计划验证”和“多级低压涡轮设计技术验证”等相关课题的研究，进行了涵道比为3和5—6的两种发动机的总体方案与低压部件设计，并成功构建超大涵道比涡扇发动机的试验平台（验证性试车），取得了显著的成绩。

通过上述的课题研究，我们可以发现，涵道比为3的发动机主要是定位于伊尔-76的换发技改方案。该方案基本保持与D-30KP-2发动机的外形不变，发动机吊舱也基本保持不变。该方案较D-30KP-2性能有着一定的提升，且我国完全掌握核心知识产权，不会在关键技术方面受制于人。同时，由于核心机定位相差30年，起飞耗油率减少了约10%，巡航耗油率降低了5%。该方案基于我国大量服役的H-6轰炸机及未来战略轰炸机的动力考量，用它的先进技术对D-30KP-2的中国版WS-18进行技术改进也是可以的。若该方案真能成功，那么我国目前大量以D-30KP-2为动力的飞机则完全用得上自己的“心脏”，不用再看俄罗斯的脸色了。endprint

涵道比为5—6的项目则是完全遵循国际上大涡扇的发展潮流设计的。根据“太行”总设计师张恩和介绍，该项目的追赶对象为国际上大名鼎鼎的CFM56-5系列发动机。沈阳动力所按照核心机计划为基础，以派生衍生为设计方法，进行该项目的总体性能设计。在成熟的核心机的基础上，重新设计了低压部件、风扇、增压级、低压涡轮和内外涵、尾喷管并进行了地面台架性能和部件匹配性试验试车，完成了全转速运转，发动机运行稳定，匹配性良好。进口直径扩展到1.7米左右，海平面空气流量大于380Kg/s，起飞推力定位在12000kgf的级别，涵道比>5，巡航耗油率约为0.6Kg/（Kgf·h），比D-30KP-2大约降低15%，起飞耗油率约降低30%。

2007年我国正式启动大飞机计划，随即大运配套动力也被列入专项重点工程，加快了大涡扇的研制步伐。2009年9月28日，型号总承（生产）任务落户西安航空发动机公司。根据大飞机的规划，我国将分别研制军用大飞机和民用大飞机。配套动力系统虽有军民用之分，不过军民用发动机之间的通用性较高，两者之间的差距不是太大。上海世博会上，我国展出了商发模型（SF-A）。根据推测，SF-A的真实身份应是大运飞机/验证机的全尺寸金属样机。随后，SF-A的首台原型机也成功进行了地面试车。根据公开资料可知，SF-A的军用型号为WS-20。根据国际上大涡扇的发展历程可推测，WS-20已经解决了最难的核心机的问题，进入细节完善阶段。若进展顺利，估计再有2—3年，WS-20就可以进入试飞阶段，这点正好切合我国大运设计定型的时间节点。

三、我的未来不是梦——展望未来大涡扇

基于“太行”核心机衍生发展而来的大涡扇的推力范围是在10000—15000kgf，完全符合当前我国在役大飞机及运-20的动力需求。不过考虑到目前运-20只是我国解决大飞机的有无问题，并不是我国对大飞机的终极追求。可以预见，随着我国综合国力的大幅提升，我国在运-20定型之时，甚至尚未成熟之前，定会对未来大飞机进行前期预研，估计未来大飞机的技术指标定位在起飞总重200吨以上，甚至可能接近C-17。当然，对运-20改型也将拉开序幕。由此可见，对发动机的推力增长提出了更高的要求。为了缩短新型号的研制周期，降低技术风险，我国设计师会采用核心机派生发展方法，以“太行”核心机为基础，采用核心机比例缩放，加减级数，来扩大核心流量变化范围，使得系列化发动机的推力范围更加广泛。这也是国际上航发工业强国发展发动机的成功经验。

综上所述，我国的大涡扇事业随着大飞机计划的启动也进入了快车道发展阶段。WS-18的仿制则为我国目前的伊尔-76提供了充实的动力储备，同时也为H-6轰炸机的换发提供了最为理想的选择目标。基本定型的WS-20虽然没能赶上运-20的首飞，但为未来“纯血统”的优化开出了最有效的“药方”，也为运-20的升级版留下了令人想象的空间。而不时传出好消息的在研高推比核心机则为我国大飞机屹立世界强手之林奠定了最坚实的基础。

资料补充

中国民用大涵道比涡扇发动机CJ1000A发动机

作为本世纪的国家重点工程，我国先后启动了运-20大型运输机和C919干线客机研制。2012年底，运-20终现江湖，让我国对大飞机梦想多年的夙愿终于实现。C919虽未问世，但其模型已经在国内各种展会上频频亮相，其风头一点也不比运-20差。和运-20一样，C919能否成功如商飞公司所说的那样按照2016年的节点完成研制交付，其重点和运-20一样，仍主要取决于大飞机的发动机的研制进度。和运-20的动力系统采用国外引进和立足自主两条腿走路一样，C919的动力系统也是如此，分别为引进由CFM公司研制的LEAP-X发动机和国产CJ1000A发动机。这两款发动机都曾在珠海航展上以全尺寸模型形态亮相。

LEAP-X发动机是一款已经基本完成研发的优秀大涵道比涡扇发动机。CFM出品的CFM56系列发动机几十年来横扫全世界。LEAP-X虽仍在孕育，但凭借其“师兄”打下的名头，虽未正式“出师”，便以先进技术确立自己的“江湖地位”。

2009年12月21日，中法两国正式签订两国合作文件，决定在中国合作建立一条LEAP-X发动机的生产线，并确定该发动机也是C919选用的唯一国外启动动力装置。

国外引进的替代品身手不凡，而国产型号也是身怀绝技。作为C919最重要的配套设备，大涵道涡扇发动机的研制在大飞机立项之前就已经进行了深入而详细的研究。随着大飞机项目的启动，配套动力CJ1000A随之正式立项，研制进入了快车道。

和国产军用大涡扇一样，CJ1000A也是采用国产WS-10“太行”涡扇发动机的核心机。 “太行”在设计之初大量借鉴CFM56的设计思想。因此，“太行”核心机的起点是相当高的，采取了宽弦、复合弯掠叶片和数字式发动机控制技术等先进技术，因此整体性能较好。具备高效、低油耗、维护性好等特点。不过，我国有关部门考虑到我国在相关领域存在着技术差距，有关部门选择了德国的MTU作为合作伙伴，共同研发CJ1000A发动机。虽然，CJ1000A是由中德两国倾力打造，但是我国经过多次的深刻教训，虽然采取合作方式，不过我国仍坚持采用“太行”核心机为CJ1000A的核心机，只是在某些附件方面依仗德国人。这也就从根本上掌握着CJ1000A的研制主动权。

从珠海航展上公开的模型看，CJ1000A采用了类似LEAP-X的宽弦弯掠式风扇叶片技术、风扇叶片总数为19片。虽然其核心机仍为“太行”核心机，不过其涵道比却显著增大，约为9左右。这也是目前大飞机普遍采用的设计，因此其进气量和推力应该优于WS-20发动机。这也为以后WS-20的改进改型提供了坚实的技术储备。目前，CJ1000A正在进行紧锣密鼓的研制，有望在2020年左右完成全部研制工作，并配装在C919飞机上。■endprint