国之重器 厚积薄发

王济桥

刚刚结束的第十二届珠海航展，对于所有人来说，印象最深的莫过于歼10B推力矢量验证机的惊艳亮相。一连串“落叶飘”、“眼镜蛇”等精彩绝伦的飞行动作燃爆航展的背后是我国在矢量推力发动机研发方面所取得的重大突破。

展馆内，中国航空发动机集团的展台则更有看点。本届航展是中国航空发动机集团成立后，第一次以主办方的身份参加珠海航展。在设计新颖的展台上，展出了多款新型涡扇、涡轴、涡桨航空发动机产品。其中，AEF3500宽体客机发动机（“长江”2000发动机）整机模型的亮相令人惊叹。这是我国迄今为止研发的推力最大的航空发动机，最大推力可达35吨，与装配787飞机的GEnx和遄达1000相近。从直升机发动机到窄体客机发动机，再到如今的宽体客机发动机，我国民用航空发动机的研发正在稳步推进。

涡轴/桨发动机的突破

民用航空发动机是航空动力的重要组成部分。随着全球航空运输业的蓬勃发展，民用航空发动机的市场容量巨大。近年来，我国在涡轴发动机研发方面，顺应国际合作、共同投资、风险共担、优势互补、市场共享的大趋势，一些产品的研发取得了技术与市场的双重突破。

涡轴16发动机作为我国第一款拥有自主知识产权的民用涡轴发动机，是一款十年磨一剑的产品，也是中法两国合作的典范。

2008年，哈尔滨东安发动机有限公司与法国赛峰直升机公司（原透博梅卡公司）签署协议，双方以50%﹕50%的方式合作研发涡轴16发动机（法方代号为阿蒂丹3C），以满足国产AC352直升机动力装置的需求。

2013年，涡轴16发动机实现首次车台试验。2016年，首架装载涡轴16发动机的AC352直升机在哈尔滨成功实现首飞。在这款发动机的研发中，有关企业始终坚持面向用户的设计理念。为了满足安装、使用和维护需求，直升机和发动机的飞发设计协调采用了并行工程模式。在发动机方案设计阶段，就启动了与主机厂的安装设计协调工作，并随设计同步深入细化。结合民机特点，考虑产品全生命周期成本，涡轴16发动机设计能耗低，结构设计简单、紧凑，在线更换单元维修性好，单元体更换快捷方便。先进的设计及制造工艺使发动机振动小，有利于降低直升机振动，提高乘客的舒适性。

目前，这款发动机的适航取证工作正在有序推进，大部分适航取证试验和适航文件编制工作已经完成，预计2019年获得中国民航局颁发的型号合格证。涡轴16填补了我国1300kW功率级民用涡轴发动机的空白，这款产品投入市场后将改变国内民用涡轴发动机经济性和可靠性较差、无法满足客户需求的现状。

此外，中国航发还在加快AES100民用涡轴发动机的研发工作。AES100发动机的功率等级为1000kW级，可装配5～6吨级双发直升机或3吨级单发直升机。随着我国逐步开放低空空域，这款产品将有广阔的市场空间。在今年的珠海航展上，这款发动机以整机实物形式正式亮相。根据计划，这款发动机将在2024年左右获得中国民航局頒发的型号合格证。

在涡桨发动机的研发上，中国航发正在全力推进5000kW民用涡桨发动机AEP500的设计研发工作，力争发动机的各项指标达到国际先进水平。

与国外相比，我国涡桨发动机研制起步晚、型号少，功率覆盖不全，已经定型的型号只有500kW级的涡桨9、2000kW级的涡桨5和3500kW级的涡桨6等三个系列，产品系列已经无法满足客货运飞机、特种作业飞机等平台的需求。在此背景下，AEP500发动机应运而生。

根据计划，AEP500将采用先进的三轴涡桨发动机总体技术、轻质高效大功率的减速器技术、低污染燃烧室技术等诸多先进技术。尤为值得一提的是，未来AEP500发动机不仅可以用于中型客货运涡桨飞机等平台，还可以以其为基础，通过“桨改轴”，进一步发展民用大功率涡轴发动机，用于大吨位的民用直升机。

“长江”系列稳步推进

2017年，随着C919大型客机一飞冲天，国人对于国产发动机的渴望也变得越来越热切。为了解决困扰中国航空业多年的“心脏病”问题，中国航发制定了系列化发展战略：一是160座窄体客机发动机“长江”1000，未来可装配C919大型客机；二是280座宽体发动机“长江”2000，未来可装配CR929中俄远程宽体客机；三是110～130座的新支线发动机“长江”500，未来可装配ARJ21新支线客机的改进型。

根据规划，“长江”系列发动机将是双转子、直接驱动大涵道比涡扇发动机，具有低油耗、低排放、低噪音、高可靠性、低维护成本等特点，力争主要性能指标达到世界先进水平。未来，三个产品系列在技术上一脉相承，其技术路线是以“长江”1000发动机的核心机为基准，采用国际通用的通过相似放大和局部优化发展出“长江”2000的核心机，再匹配低压部件并嵌入经过验证的新技术后形成“长江”2000发动机。同样，未来也将通过相似的技术路径发展用于支线客机的“长江”500发动机。

根据有关资料，“长江”1000发动机的起飞推力约为133kN，耗油率水平与国际最新一代窄体客机发动机相当，比上一代发动机降低约15%。2013年，“长江”1000AX验证机通过概念设计评审。2016年，“长江”1000AX验证机通过初步设计评审，正式转入详细设计阶段。2017年12月，“长江”1000A发动机项目通过概念设计评审，转入初步设计阶段，标志着我国大型客机动力装置从技术验证阶段转入工程研制阶段。

2017年年末，“长江”1000AX首台整机在上海完成装配，标志中国首个民用大涵道比涡扇发动机整机验证平台正式建成。

“长江”1000AX发动机直径1.95米，长3.29米。其结构复杂，试制难度大，包含风扇/增压级、核心机、低压涡轮和附件传动机匣装置，由35000多个零组件组成。根据国际惯例，中国航发在“长江”1000AX发动机的研发过程中，采用“主制造商-供应商”模式，共有24家企业参与了项目研制。首台“长江”1000AX发动机整机的试制、装配历时18个月，在此过程中，中国航发先后突破了钛合金宽弦高空心率风扇叶片、铝合金大型薄壁风扇包容机匣、3D打印燃烧室燃油喷嘴等多项关键技术，同时也攻克了大直径、长轴类单元体水平装配等技术难题。

在进行装配的同时，中国航发还对核心机进行了验证试验。“长江”1000AX发动机的核心机由高压压气机、燃烧室、高压涡轮及相关系统组成，实际工作的温度、压力、转速极高，其技术复杂程度和难度代表着机械领域的最高水平。“长江”1000AX发动机核心机的验证试验历时39天，试验的目的是验证各部件及相关系统的性能、功能和匹配性，提前暴露问题，降低整机研制风险。全部核心机验证试验累计试车46次，初步验证了核心机各部件及相关系统的性能、功能和匹配性，同時也验证了压气机分块预估、燃烧室点火预测、涡轮工作状态分析和国内首次开发的“骨架特性”性能仿真模型等技术，有效补充和丰富了核心机的研制体系。

在试验中，“长江”1000AX发动机核心机实现了100%稳定运转。未来，中国航发计划生产24台“长江”1000AX发动机用于适航取证，如果进展顺利，发动机有望在不远的将来投入商业运营。

“长江”2000发动机的起飞推力达到347kN，除了具有与“长江”1000基本相似的技术特征之外，这款发动机还嵌入了部分新一代核心部件关键设计和工艺技术，力争油耗低于现役同类型发动机。本届航展期间，中国航发表示，目前“长江”2000发动机正在进行关键技术攻关和技术验证，但由于我国在此之前从未有过研制宽体客机发动机的经验，因此未来的研制之路将充满挑战。可用于支线飞机的“长江”500发动机已经完成了概念方案设计，未来将根据ARJ21新支线飞机的改型计划而适时启动。

需要指出的是，民用发动机的研发时间长、投入多、风险大，国际上具有独立研制、生产能力的国家屈指可数。未来，我国想要在民用航空发动机市场占有一席之地，还有很多“学分”需要一一补上。

首先是大型试验设施的建设。中国航发通过5年多的时间，完成了高性能计算平台、集成产品设计体系、发动机仿真体系和网络环境的基本构建，支持了“长江”系列发动机整机、核心机、部件/系统的多轮设计迭代和供应商的产品联合定义。同时，在上海临港基地也已建成了发动机科研装配线、整机试车台、加温加压核心机试车台、高压压气机试验器等。未来，随着生产和适航取证工作的展开，在试验设施的建设上仍需要花较大的精力去逐步完善各类试验设施和平台。

除了硬件之外，项目管理、基础技术积累等综合能力的提升也将是未来中国航发需要克服的挑战。尤其在适航取证方面，难度绝不亚于飞机的取证。因此，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，将是未来国产民用航空发动机产业实现持续发展的关键。这些工作周期长、投入大，但在项目的历练中一旦形成自己的核心能力，其对于我国民用航空发动机产业发展的战略意义将是不言而喻的。