C919国产大飞机搭载的CFM国际公司LEAP-1C型发动机处于什么水平
民航飞机首要考虑的就是安全性和经济性。飞机起飞降落,影响飞机安全性和经济性的最首要的因素就是发动机。那么,C919国产大飞机搭载的LEAP-1C型发动机处于什么水平呢?
我们知道,C919大飞机选用的发动机是CFM国际提供的LEAP-1C型发动机。
说起民航发动机,就离不了这个CFM国际公司。
CFM国际是美国通用电气GE和法国赛峰飞机发动机公司于1974年共同成立的50:50平股合资公司,两者在航空发动机的销售、设计、开发、生产、支持、服务上平均分工,其中GE负责发动机的核心部分,赛峰负责风扇及附件齿轮箱和低压涡轮机部分。
在航空发动机领域,CFM国际拥有举足轻重的地位。在民航窄体机领域,CFM国际公司更是拥有超然的统治力,全球70%以上的窄体机均使用CFM国际公司产品(两款产品分别是CFM56和LEAP-1)。
CFM56发动机自1982年问世以来,一直是CFM国际的王牌产品,已经使用超过30多年,累积40多项关键技术得到成熟应用。CFM56作为上一代民用涡扇发动机,动力分配是风扇排气提供78%的推力,涡轮排气提供其余22%的推力,其家族系列的推力介于18,000至34,000磅之间(8.16-15.42吨)。
CFM56发动机广泛装配使用于B737、A320、A340-200/300、KC-135、E-6A等民用及军用飞机上,全球累计装机数量超过33000台,是目前世界上使用最经典、最普遍的涡轮风扇发动机之一。
LEAP系列发动机是CFM国际公司在新世纪提出的发展方向,2008年7月13日,在第46届范堡罗航展开幕前一天,CFM国际公司宣布启动新一代动力装置LEAP-X发动机,作为波音737和A320系列飞机的配置。
2008年11月4日,LEAP-X发动机在第7届中国国际航空航天博览会上首次公开亮相。CFM国际公司希望此新型发动机将能成功取代CFM56-5B与CFM56-7B之地位。
LEAP-1C
2009年12月,中国商飞选择了LEAP发动机为C919飞机提供动力,这也是LEAP发动机的首个飞机应用平台。
2010年,空客公司选择LEAP作为其空客A320neo的发动机选型之一(除LEAP外还可选装惠普PW1100G发动机,neo意为“new engine option(新发动机选项))。
2011年,波音公司将LEAP发动机作为其波音737MAX的唯一动力装置。
2013年9月,CFM国际公司开始了首台全尺寸LEAP发动机的测试,启动了一项范围广泛的地面和飞行测试认证项目,包括在未来3年中对60台发动机进行测试,2016年,LEAP发动机在空客A320neo飞机上投入商业运营。
2017年5月,CFM国际公司LEAP-1B发动机作为动力的波音737MAX8投入商业运营。
作为空客和波音窄体机的两大绝对主流机型,在空客A320neo机型上,CFM国际与美国普惠公司竞争,约60%的比例安装LEAP发动机;在波音737MAX上,CFM国际则是独家航空发动机供应商。
截至2022年底,LEAP发动机7年时间累计交付数量已超过6400台。目前,CFM国际公司收到的LEAP发动机确认订单已超过1.8万台,预计2023年将交付1700台。
与最新的CFM56发动机相比,LEAP发动机主要有四个方面的突破:
1.LEAP发动机的燃油消耗和二氧化碳排放均降低了15%,并拥有更高的利用率和更低的维修成本;
2.LEAP发动机采用了诸多先进技术和材料,构型也有了突出的变化,但其使用维护成本却保持与当前的CFM56发动机相当;
3.在氮氧化物排放量方面,LEAP发动机比国际民用航空组织CEAP6标准的要求还低50%;
4.明显降噪,噪音满足飞机噪音法规14章要求,并且比要求还低10-15分贝。
LEAP发动机采用了多项创新技术,例如三维复合材料设计突破了过去的层叠结构,使得风扇叶片耐久性更好,重量更轻;CMC陶瓷基复合材料的使用也大幅减轻了机体重量,提高了耐高温性能和机体强度;LEAP发动机的燃油喷嘴还通过使用3D打印技术降低了零部件的复杂程度。
有了以上对CMF国际公司及其主打CMF56和LEAP发动机的初步认识,我们来看LEAP-1A、B、C三个型号的具体参数:
LEAP-1A长3.33米,宽度2.54米,高度2.36米,重量为3153千克,风扇叶片直径1.98米,涵道比11:1,总压比50:1,推力在10~15吨,Airbus A320neo最大起飞重量为79吨,推重比为0.1899(15/79);
LEAP-1B长3.14米,宽度2.44米,高度2.12米,重量为2780千克,风扇叶片直径1.76米,涵道比9:1,总压比50:1,推力10.0~12.0吨,Boing B737MAX最大起飞重量为79吨,推重比为0.1519(12/79);
LEAP-1C长4.5米,宽度2.66米,高度2.72米,重量为3935千克,风扇叶片直径1.96米,涵道比11:1,总压比50:1,推力12.4~13.4吨,COMAC C919最大起飞重量为72.5吨,推重比为0.1848(13.4/72.5);
单纯看上述参数,LEAP-1C重达3935公斤,比B型的2780公斤多了1155公斤,长度则由3.14米骤增至4.5米,增加了1.36米,宽高也有增加;而LEAP-1C的推力是12.4-13.4吨,比B型稍大。但这并不能反映真实的情况:CMF国际公司提供给空客和波音的LEAP-1A/B都是裸机,而LEAP-1C是一整个短舱,发动机外,还包括外匣、吊架、尾椎、短仓灯部件以及反推和排气系统,与其他两个型号相比自然就更重、体积更大了。我们可以通过用最大推力除以最大起飞重量作为推重比来考虑,可以看到C型的推重比数据居中,优于B737 MAX,而稍低于A320neo。
从左向右分别是LEAP-1A、B、C三个型号
就在我们还在讨论美帝会不会“卡脖子”,会不会“远程锁机”的时候,2021年7月,CFM国际公司启动RISE技术验证项目,将通过研发开式风扇架构架构、混合动力以及300多个独立组件、模块和完整的发动机架构等一系列全新颠覆性技术,推进未来发动机的研发。据称该型发动机将减少20%的二氧化碳排放,预计将在2035年左右投入使用。
这样看来,目前C919国产大飞机所使用的LEAP-1C型发动机,为当前最主流的窄体机发动机,仍处于较为领先的水平上。但距离CMF国际公司开发出下一代发动机只有约10年时间了,在这十余年时间里,LEAP发动机会以大约每年2000台的频率交付,十余年可将现有订单全部交付完毕,届时将转入新的RISE发动机。而在这十年里,中航商发(中航商用飞机发动机有限责任公司)正在研发的长江1000型如果不能突破,国产发动机如果不能全面商用,那么我们仍将继续远远落后于世界领先水平。场上留给国家队的时间不多了,中航商发、中国商飞加油啊!
国外发动机技术之所以先进,首先是因为起步早,从二战之后的几十年里持续投入海量资源,有着一流的人才长期耕耘,经历过无数次的失败,才造就了当下我们看到的工业奇迹。中国想要赶上,是没有捷径可言的,必须扎扎实实地走下去。西方之前做过的预研、走过的弯路、栽过的跟头都是宝贵经验,如果我们花费足够的时间和精力,不吃几次亏,是不可能达到相同的水平的。虽然目前我们航空发动机,已经有了很大的进步,但要研制出世界一流的航空发动机,还需要日积月累的技术积累才行,相信这一天不会太远。