我國(guó)的大飛機(jī)C919進(jìn)行了第二次飛行測(cè)試，另一方面，為C919配套的國(guó)產(chǎn)民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)CJ1000-A的研制也在穩(wěn)步推進(jìn)，預(yù)計(jì)在今年完成首臺(tái)樣機(jī)的裝配。我國(guó)的民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)現(xiàn)狀和未來如何?
涵道比4以上的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率低、噪聲小，并且可靠性高、使用壽命長(zhǎng)，是目前全世界民用客機(jī)的主要?jiǎng)恿σ?，同樣它也可以裝備在軍用的大型運(yùn)輸機(jī)、空中加油機(jī)、空中預(yù)警機(jī)和其他大型軍用飛機(jī)上。
雖然我國(guó)在軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制上頗有建樹，然而，在民用大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)上卻剛剛起步，在我國(guó)180多個(gè)機(jī)場(chǎng)上起飛降落的2800多架民用客機(jī)中卻無一采用國(guó)產(chǎn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，這些發(fā)動(dòng)機(jī)全部來自美國(guó)通用電氣GE、美國(guó)普惠、英國(guó)羅羅、法國(guó)CFM(美國(guó)GE公司和法國(guó)賽峰合資公司)等國(guó)外企業(yè)，包括我國(guó)目前研制的C919大飛機(jī)采用的也是CFM公司的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)。就連已經(jīng)列裝我國(guó)空軍的“運(yùn)20”重型運(yùn)輸機(jī)采用的也是進(jìn)口的俄羅斯D-30KP2發(fā)動(dòng)機(jī)。
不過，現(xiàn)在沒有并不代表將來不會(huì)有，我國(guó)已經(jīng)瞄準(zhǔn)這個(gè)最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)領(lǐng)域。據(jù)國(guó)內(nèi)《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》報(bào)道，我國(guó)今年已經(jīng)正式啟動(dòng)的“兩機(jī)”專項(xiàng)已經(jīng)確立了詳細(xì)的工作重點(diǎn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)專項(xiàng)將重點(diǎn)聚焦渦扇、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，同時(shí)兼顧有一定市場(chǎng)需求的渦軸、渦槳和活塞發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，主要研發(fā)大涵道比大型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、中小型渦扇/渦噴射發(fā)動(dòng)機(jī)、中大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)等重點(diǎn)產(chǎn)品。
中國(guó)商用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目的現(xiàn)狀
我國(guó)目前唯一研制大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的企業(yè)為中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)航發(fā)商發(fā)”)，該公司成立于2009年1月18日，位于上海市閔行區(qū)蓮花南路3998號(hào)，主要從事商用飛機(jī)動(dòng)力裝置及其相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、總裝、試驗(yàn)、銷售、維修、服務(wù)、技術(shù)開發(fā)和技術(shù)咨詢等業(yè)務(wù)。
據(jù)中國(guó)航發(fā)商發(fā)介紹，該公司是中國(guó)唯一的一家大涵道比渦扇商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)總設(shè)計(jì)師單位和總承制商單位，負(fù)責(zé)發(fā)展中國(guó)大涵道比商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)品規(guī)劃涵蓋窄體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和支線客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)三個(gè)產(chǎn)品系列，致力于在上海打造商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)基地。
國(guó)產(chǎn)CJ1000-A發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案圖/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
根據(jù)2014年《大飛機(jī)》雜志的描述，中國(guó)航發(fā)商發(fā)的研制路線圖為：正在研制的CJ-1000AX驗(yàn)證機(jī)，計(jì)劃在2018年完成驗(yàn)證機(jī)的研制和試車工作，并同步開展部件、系統(tǒng)、工藝、材料等技術(shù)的多輪持續(xù)改進(jìn)，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)滿足C919的技術(shù)要求。如果進(jìn)展順利，國(guó)產(chǎn)CJ1000-A將于2022年裝備C919大型客機(jī)，到2026年CJ1000-B將裝備C919延程客機(jī)。在系列化發(fā)展和適航取證方面，中國(guó)航發(fā)商發(fā)計(jì)劃用于窄體客機(jī)的CJ-1000系列于2018年實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證機(jī)達(dá)標(biāo)，2022~2025年完成適航取證;用于寬體客機(jī)的CJ-2000系列計(jì)劃2020年完成技術(shù)預(yù)研，2022年完成試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)達(dá)標(biāo)，2025~2030年完成適航取證。而針對(duì)小型支線客機(jī)的CJ-500系列，由于目前的市場(chǎng)需求量有限，因此短期內(nèi)不會(huì)啟動(dòng)。
根據(jù)2017年8月份，中國(guó)航發(fā)商發(fā)總經(jīng)理馮錦璋的介紹，我國(guó)首臺(tái)民用大渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)將在今年完成裝配，即將進(jìn)入高密度、高強(qiáng)度的各種試驗(yàn)，于上述研制進(jìn)度基本吻合。
在研發(fā)人數(shù)上，中國(guó)航發(fā)商發(fā)已經(jīng)超過了1000人，并仍在大規(guī)模招募，目前光是2018年校園招聘就計(jì)劃招募近200名應(yīng)屆生，而且該公司也已經(jīng)從國(guó)外招募了大量員工，多次在英國(guó)、美國(guó)具備招聘會(huì)和延攬人才。根據(jù)該公司早前的規(guī)劃，計(jì)劃招募3000名員工。
但一位業(yè)內(nèi)專家表示，要想發(fā)展國(guó)產(chǎn)商用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)需要5000-10000名員工，甚至更多的人力。例如，CFM公司在研發(fā)CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，就動(dòng)用了GE和賽峰集團(tuán)超過2000名工程師和5000多名技師，并且這還是在很多子系統(tǒng)如電子控制器由外部供應(yīng)商提供的情況下。
按照商發(fā)公司現(xiàn)在的員工人數(shù)，這可能意味著其發(fā)動(dòng)機(jī)研制難以實(shí)現(xiàn)完全自主，需要大量借用母公司中國(guó)航發(fā)集團(tuán)其它研究所和制造廠的研發(fā)能力，甚至國(guó)外企業(yè)的研發(fā)能力，商發(fā)公司曾在2012~2013年早期曾提出過“啞鈴型”的研制思路，即商發(fā)公司把握“總體設(shè)計(jì)、市場(chǎng)開拓、方案策劃”和“總裝試車、產(chǎn)品銷售、客戶服務(wù)”這兩頭“在內(nèi)”;而“部件設(shè)計(jì)及制造”這一中間環(huán)節(jié)“在外”——實(shí)行全面供應(yīng)鏈管理，按照產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈配置資源、集成網(wǎng)絡(luò)、共創(chuàng)共享。目前隨著閔行和臨港兩個(gè)基地的建成，商發(fā)公司已經(jīng)表示可以滿足民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)從設(shè)計(jì)開發(fā)到產(chǎn)品制造、驗(yàn)證、交付和使用維護(hù)全生命周期發(fā)展需要。
其中，閔行基地位于上海市閔行區(qū)，重點(diǎn)建設(shè)設(shè)計(jì)研發(fā)和客戶服務(wù)能力。臨港基地位于上海浦東新區(qū)的臨港產(chǎn)業(yè)基地，重點(diǎn)建設(shè)總裝集成，關(guān)鍵部件制造，整機(jī)、零部件、系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試和維護(hù)大修能力。
另一方面，長(zhǎng)期研發(fā)過程的“零利潤(rùn)”需要獲得大量資金的支持。成立之初，當(dāng)時(shí)的母公司中航工業(yè)集團(tuán)曾承諾每年投資3億美元，而這一個(gè)數(shù)字卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)平均數(shù)字：一臺(tái)現(xiàn)代商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制成本大致在20～30億美元之間(假設(shè)所有的試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)施已經(jīng)齊全，所有的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)掌握，所有的管理人才和專業(yè)技術(shù)人員已經(jīng)到位，所有的設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)等能力和經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)具備)，GE90發(fā)動(dòng)機(jī)研制經(jīng)費(fèi)為30億美元，這還是上世紀(jì)八九十年代時(shí)的價(jià)格;美國(guó)普惠的齒輪渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制經(jīng)費(fèi)更是超過了100億美元。
研制費(fèi)用如此之低，一位業(yè)內(nèi)專家表示這可能是因?yàn)椋?1)商發(fā)公司可能實(shí)際上并沒有指定較高的目標(biāo)(無論在發(fā)動(dòng)機(jī)性能還是在國(guó)產(chǎn)化程度上);(2)它享有大量隱性資金補(bǔ)貼，比如上海市給予的福利房、兩機(jī)專項(xiàng)的資助;(3)這反映了他們過于樂觀。(4)可能是上述因素綜合作用，通過設(shè)計(jì)或必要的過程，該公司很可能最終從國(guó)外購(gòu)買零部件進(jìn)行最后的組裝。
此外，對(duì)于C919客機(jī)裝配LEAP-1C發(fā)動(dòng)機(jī)，早期曾有消息稱CFM國(guó)際公司計(jì)劃與商發(fā)公司在國(guó)內(nèi)合資建立用于LEAP-1C發(fā)動(dòng)機(jī)總裝和試車的生產(chǎn)線。目前又有俄羅斯聯(lián)合發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)UEC和商發(fā)公司簽署共同研制C929寬體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)議的消息，如果這些事情能夠順利實(shí)施，也能在一定程度上促進(jìn)中國(guó)商用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)。
商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)內(nèi)制造基礎(chǔ)
如果說中國(guó)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)才從起步不久，在制造技術(shù)上，中國(guó)眾多企業(yè)卻早已經(jīng)加入國(guó)外商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的供應(yīng)鏈體系，具有不少豐富的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造加工經(jīng)驗(yàn)。
近10年來，由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國(guó)家在航空航天上的大幅投資，很多航空制造企業(yè)技改績(jī)效明顯，一些生產(chǎn)制造車間的先進(jìn)性甚至超過了國(guó)外的OEM廠商，大量為羅羅、GE和CFM等公司代工發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。
根據(jù)美國(guó)GE公司中國(guó)區(qū)工程技術(shù)總經(jīng)理王鵬介紹，在中國(guó)造不出航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)不是制造技術(shù)的問題了，他指出，GE公司的發(fā)動(dòng)機(jī)甚至有80%-90%都在中國(guó)做，高壓轉(zhuǎn)子軸承、頭到尾的機(jī)匣、壓氣機(jī)輪盤都是在中國(guó)制造;就連出口限制最嚴(yán)格的是熱端部件，比如高壓渦輪，高壓渦輪的葉片不在中國(guó)做，但高壓渦輪盤已經(jīng)是在中國(guó)做的;燃燒室不能在中國(guó)做，但燃燒室的頭部已經(jīng)在中國(guó)做了。
不過值得指出的是，這些代工業(yè)務(wù)也呈現(xiàn)“兩頭在外”的特征，即原材料是進(jìn)口的，市場(chǎng)是在國(guó)外，而且在業(yè)務(wù)流程上很多是外方委托單位直接提供的原材料。材料問題不僅是中國(guó)商用發(fā)動(dòng)機(jī)研制的難題，一直以來也是我國(guó)制造業(yè)之痛。
另一方面，雖然中國(guó)在商用發(fā)動(dòng)機(jī)制造上缺乏經(jīng)驗(yàn)，但在軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的制造60多年來卻從來沒有止步過，有比較完整的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造體系，生產(chǎn)過6萬多臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)品覆蓋渦噴、渦扇、渦軸、渦槳、活塞全種類軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，擁有西航、黎明、黎陽、南方四大航發(fā)主機(jī)制造廠，而這些制造廠和商發(fā)公司同屬去年成立的中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)，因此這些軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造經(jīng)驗(yàn)和體系也可以為國(guó)產(chǎn)大涵道比的發(fā)動(dòng)機(jī)提供一定支撐。
商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)成功的必要因素
商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的必要前提之一就是有裝機(jī)對(duì)象，而國(guó)內(nèi)ARJ支線客機(jī)已經(jīng)投運(yùn);窄體客機(jī)C919不僅進(jìn)入試飛階段，并且已經(jīng)獲得了750架飛機(jī)訂單，離國(guó)際上認(rèn)定的成功標(biāo)志1000架僅一步之遙;寬體客機(jī)C929也已經(jīng)啟動(dòng)研制，這些為中國(guó)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)提供了穩(wěn)定的裝機(jī)對(duì)象。
中國(guó)航發(fā)集團(tuán)控股子公司航發(fā)動(dòng)力股權(quán)結(jié)構(gòu)一覽，商飛公司也赫然在股東一列/圖 來源網(wǎng)絡(luò)
而在前幾日舉辦的首屆國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)論壇上，據(jù)C929寬體客機(jī)總設(shè)計(jì)師陳迎春表述，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)對(duì)國(guó)產(chǎn)大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)的要求就是“不求最好，先進(jìn)可靠;盡早擁有，穩(wěn)步快跑;合作幫助，一時(shí)一事;自主創(chuàng)新，一生一世。”
從性能的角度講，商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)不少關(guān)鍵技術(shù)，其包括：發(fā)動(dòng)機(jī)/飛機(jī)整機(jī)噪聲預(yù)測(cè)分析及控制技術(shù);高性能大尺寸風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片3維彎掠設(shè)計(jì)技術(shù);寬弦空心/ 復(fù)合材料風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)及制造技術(shù);復(fù)合材料風(fēng)扇機(jī)匣及包容環(huán)包容技術(shù);風(fēng)扇/增壓級(jí)低噪聲設(shè)計(jì)技術(shù);風(fēng)扇機(jī)匣及其降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造技術(shù);低排放、長(zhǎng)壽命燃燒室設(shè)計(jì)技術(shù);低排放燃燒室組織燃燒技術(shù);燃用航空替代燃料燃燒室設(shè)計(jì)技術(shù);排氣系統(tǒng)噪聲預(yù)測(cè)及降噪關(guān)鍵技術(shù);控制系統(tǒng)安全性、可靠性設(shè)計(jì)和高可靠性、高壽命部件設(shè)計(jì)技術(shù);預(yù)測(cè)與健康管理(EPHM)技術(shù);適航技術(shù);齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)技術(shù);大功率減速齒輪箱設(shè)計(jì)及制造技術(shù)等。
即使在技術(shù)已經(jīng)成熟的基礎(chǔ)領(lǐng)域，承包商提供的產(chǎn)品也可能出現(xiàn)嚴(yán)重的系統(tǒng)問題。典型的“低端技術(shù)弱點(diǎn)”包括變速箱，起火和VSV系統(tǒng);裝配這些系統(tǒng)也會(huì)帶來重大的設(shè)計(jì)影響和供應(yīng)依賴。
將發(fā)動(dòng)機(jī)裝配到飛機(jī)上也是一項(xiàng)重要技術(shù)和系統(tǒng)挑戰(zhàn)，兩者的有效協(xié)調(diào)非常重要，否則重則出現(xiàn)非常大的故障問題，輕則導(dǎo)致無法有效發(fā)揮出發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
此外，中國(guó)還要滿足其它一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和要求。
中國(guó)制造商用發(fā)動(dòng)機(jī)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)
中國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商受到一系列戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng);從商業(yè)角度講，巨大的銷售和服務(wù)市場(chǎng)將會(huì)創(chuàng)造巨大的財(cái)富機(jī)會(huì)。美國(guó)花旗銀行估計(jì)，售后服務(wù)收益可能是銷售額的7倍，這也是為什么航空發(fā)動(dòng)機(jī)銷售有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)“買1送1的促銷活動(dòng)”。發(fā)動(dòng)機(jī)售后服務(wù)的利潤(rùn)也遠(yuǎn)大于銷售發(fā)動(dòng)機(jī)獲得的利潤(rùn)，以致于很多專家們驚呼，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商在銷售發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)，還在“出售發(fā)動(dòng)機(jī)排放的熱氣”。
未來20年我國(guó)預(yù)計(jì)交付客機(jī)價(jià)值量約9293億美元，對(duì)應(yīng)航發(fā)市場(chǎng)約2788億美元。根據(jù)《中國(guó)商飛公司2016-2035年民用飛機(jī)市場(chǎng)預(yù)測(cè)年報(bào)》，到2035年中國(guó)占全球客機(jī)機(jī)隊(duì)的比例將從現(xiàn)在的14%增長(zhǎng)到18%，機(jī)隊(duì)年均增長(zhǎng)率為5.5%，預(yù)計(jì)未來20年中國(guó)將交付6865架客機(jī)，價(jià)值約9293億美元。按照發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)值占比約30%測(cè)算，未來20年我國(guó)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)規(guī)模合計(jì)約2788億美元，因此未來二十年中國(guó)對(duì)商用發(fā)動(dòng)機(jī)的需求非常之巨大。
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