两个大国的“动力梦想”

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  在如今的民用航空市场,中俄两国是正在崛起的力量,不仅双方合作研发的远程宽体客机项目已经正式启动,两国还不约而同地对国内航空发动机产业进行了大刀阔斧的改革。中俄两国希望通过对国内发动机研发和生产资源的整合,集中力量攻克关键技术,尽快研制出具有国际先进水平的产品,跻身全球航空发动机市场。两个大国,都在为自己的动力梦想努力着。
  中国:全新的起点
  新中国成立以来,我国航空发动机产业稳步发展,但产业结构和能力布局基本以军用航空发动机产品为主,民用航空发动机与世界先进水平相比还存在较大的差距,国内民用航空发动机市场长期被国外产品所垄断。
  2016年8月,中国航空发动机集团在北京挂牌成立,此举被业界看作彻底改变了长期以来我国民用航空发动机的研发模式。未来,我国民用航空发动机的发展将摆脱对飞机型号的依赖,发动机项目正式脱离飞机的母体,开始寻求独立发展。
  实际上,这种发展模式是符合国际惯例的通用模式。当今世界顶级航空发动机制造企业无一不是独立于飞机制造商而存在的,它们生产的每一个系列不同代差的产品通常会被适配于多款民用或军用飞机,在产品研发规划上也有自己既定的目标。因此,将航空发动机独立于整机制造之外,对于发动机制造商而言,能够有更大的灵活性,并使研发效率最大化。
  在中国航空发动机集团成立后不久,国家制造强国建设战略咨询委员会编制出台了《中国制造2025》重点领域技术路线图,其中对国产航空发动机发展制定了详细的时间表。
  该报告显示,未来10年,国内干线客机对于大型涡扇发动机的需求将超过6000台,总价值超过500亿美元,而低空空域的开放也将进一步刺激通用飞机对涡轴、活塞发动机的需求。
  根据规划,2020年CJ-1000A发动机将完成型号研制,2025年投入商业运营。此外,1000kgf级涡扇、1000kW级涡轴发动机完成论证和型号研制,活塞发动机实现产业化。最终目标是力争在2025年前后,中国航空发动机产业进入世界第一梯队。
  目前,规划所涉及的项目中,中法合作的涡轴16发动机已经获得实质性进展。为了解决AC352直升机动力装置的需求,2008年东安公司与透博梅卡公司(现赛峰直升机发动机公司)合作研制涡轴16发动机。这款发动机是我国第一款拥有自主知识产权的民用涡轴发动机,其额定起飞重量为1243kW,最大连续飞行功率为1100kW。通过对外合作,我国涡轴发动机研制技术及项目管理开始与国际接轨。目前,装载涡轴16发动机的AC352直升机已经在哈尔滨成功首飞,标志着这款产品的研制工作取得重要突破。
  这也从一个侧面说明,民用航空产业具有高度开放性的特点,与民用飞机一样,在航空发动机研制中,自主研发与国际合作并不是一对矛盾体。我们在坚持关键技术自主研发的同时,仍然应该遵循航空产业的发展规律,通过国际合作来发展航空发动机的辅助技術和一般技术,利用国外先进技术和管理经验来缩短发动机研制周期,降低研制成本。事实上,CFM国际公司、IAE等公司都是国际合作的成功典范。
  航空发动机研制是一项大型复杂的系统工程。一般情况下,研制一款全新的发动机需要15~20年。此外,航空发动机不只是设计出来的,也是试验和试飞出来的,适航取证工作的难度绝不亚于飞机的取证。我国不仅在这方面经验十分有限,进行试验验证的设施和工具也亟需补充和完善。
  鉴于我国是第一次自主研制具有国际先进水平的大型商用航空发动机,在项目管理、基础技术积累以及试验验证等方面都严重缺乏经验,因此在研制过程中必然会遭遇很多困难和挑战。尤其值得一提的是,国内现有的试验验证设施和试验技术能力还无法满足大型商用航空发动机的研制需求,这已经成为制约我国商用航空发动机产业快速发展的关键因素。如何通过引进国际一流资源,建设具有国际竞争力的商用航空发动机试验验证体系将是未来我国商用航空发动机产业能否健康发展的关键。这项工作周期长、投入大,但一旦建成,其对于我国商用航空发动机产业发展的战略意义是不言而喻的。
  俄罗斯:适航的挑战
  近年来,俄罗斯大力发展航空工业,努力恢复昔日航空强国的雄风。政府不仅在财政上大力支持航空工业的发展,而且对航空工业体系进行了重大调整。为跻身国际市场,俄罗斯转变了过去的研发、制造模式,开始主动与美国联邦航空局(FAA)、欧洲航空安全局(EASA)及欧美主流供应商开展合作,以更加积极的姿态融入世界民用航空市场。
  与中国的情况有些类似,俄罗斯最新研制的支线飞机SSJ-100已经投入商业运营,这款飞机所配备的发动机是由俄罗斯土星科研生产联合体与法国斯奈克玛公司联合研制的。


  另一个被寄予厚望的则是今年5月完成首飞的干线客机MC-21。为了进军国际市场,同时带动国内航空发动机产业发展,主制造商伊尔库特公司为MC-21飞机选择了两款发动机,一款是普惠公司的PW1400G-JM发动机,另一款则是俄罗斯自主研制的PD-14发动机。
  作为一款干线客机发动机,PD-14有8级压气机和2级涡轮,涵道比为8.5。俄罗斯联合航空发动机集团下属的彼尔姆航空发动机公司是这款发动机的主要研制单位,彼尔姆马达厂是批生产厂。俄罗斯工贸部公开数据显示,PD-14项目拨款约为550亿卢布,这笔经费虽然相比其他发动机制造商研制同等发动机的投入经费略少,但是已经超过了之前SaM-146发动机的研发费用。这主要是因为在SaM-146项目中,合作伙伴斯奈克玛公司为这款发动机提供了比较成熟的核心机,而PD-14发动机的研制对俄罗斯来说完全是从零开始,需要攻克很多技术难题。
  在PD-14研制过程中,俄罗斯耗时近10年对航空发动机产业进行的大规模整合初见成效。总体来说,俄罗斯发动机产业改革按照分阶段整合、专业化剥离和重组的思路,主要分为三个阶段:第一阶段,先整合国内航空发动机行业的资源,成立4个控股公司;第二阶段,根据建立一体化控股公司的目标,把4个控股公司整合在一起;第三阶段,按照不同产品对企业进行专业化剥离和重组。如今,重组后成立的俄罗斯联合航空发动机集团(ODK)具备发动机设计、生产、试验等全生命周期的业务能力。


  为研制PD-14发动机,ODK充分利用了下属企业的能力和优势。例如,在钛合金铸造和铝合金铸造工艺、大型零件电子束焊及专业线性摩擦焊技术等方面具有技术优势的乌法发动机生产联合公司专门负责生产风扇空心叶片、高压压气机转子、低压涡轮、中央传动壳体及传动装置;在设计、调试和批生产SaM-146发动机低压压气机方面具有丰富国际合作经验的土星科研生产联合体负责生产低压压气机单元体、中介机匣;拥有先进高精度齿轮制造设备的礼炮燃气涡轮科学生产中心负责加工中央传动装置;在设计、批生产自动控制系统和燃油系统附件制造方面经验丰富的彼尔姆斯塔尔股份公司负责生产自动控制系统和燃油系统附件。在各企业协同下,PD-14项目的进展比较顺利。目前,PD-14发动机已经完成第二阶段飞行试验,正在准备进行第三阶段认证测试。如果进展顺利,PD-14发动机最快将于2018年上半年装配MC-21飞机。
  可以说,PD-14发动机的研制使停滞了20多年的俄罗斯民用航空发动机产业再次步入正轨。俄罗斯国内也对历经10年重組后的航空发动机产业重燃信心。2016年7月,俄罗斯宣布启动更大级别的PD-35发动机研制。PD-35的研制思路是在PD-14的基础上,通过放大和加级的方式来实现推力增长。这也是目前世界上主流的研制方法,有助于缩短研制周期,降低技术风险,减少研发成本。有关方面预计,PD-35的研制将耗时10年左右,研发投入高达28亿美元。
  根据规划,PD-35也将进行系列化发展。公开信息显示,以350kN的PD-35为基础,俄罗斯还将分别研制推力为240kN的PD-24和280kN的PD-28两型发动机。前者将用于近中程宽体客机和未来的重型军用运输机,后者则用于远程宽体客机。
  作为民用航空发动机市场的新玩家,俄罗斯也必须攻克适航取证的难关。事实上,近10年来,无论是在飞机项目还是发动机项目,俄罗斯都在积极融入西方适航认证体系,PD-14发动机不仅申请了俄罗斯本国的适航证,还同时向EASA和FAA提交了适航审查申请。众所周知,适航审查既是航空产品安全的保证,同时也是一道无形的技术壁垒。从这个角度来看,无论是中国还是俄罗斯,民用发动机产品的适航取证之路都不会一帆风顺。对于中俄两国来说,民用航空发动机产业要真正跻身国际一流还有很长的路要走。

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