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航空发动机“领飞员”
  新华网 ( 2019-06-25 07:26:13 ) 来源: 《环球》杂志
 

    世界航空发动机技术主要由少数国家的航空发动机公司垄断。另外,一些航空发动机公司为了在国际航空市场获得更多话语权,纷纷展开国际合作,开启航空发动机技术变革的新模式。

文/陈光

  美国军工和航空航天领域两大领军企业雷神公司和联合技术公司(UTC)6月9日发表联合声明,宣布将正式合并。有专家表示,合并后的新公司——雷神技术公司将对国际航空发动机格局产生重大影响。

  当前,世界航空发动机技术主要由少数国家的航空发动机公司所垄断。另外,一些航空发动机公司为了在国际航空市场获得更多话语权,纷纷展开国际合作,开启航空发动机技术变革的新模式。

美国实力最强

  美国是当今世界上研制航空发动机最多,也是实力最强的国家,有多家航空发动机公司,其中两家是世界著名的公司,即普拉特·惠特尼公司(以下简称普惠公司)与通用电气公司(以下简称GE公司)。

  普惠公司是美国联合技术公司的分公司,是世界上重要的军用和民用航空发动机的研制、生产与维修的公司。全世界180多个国家和地区的600多家航空公司、7400多家支线航空公司和27个国家的空军在使用普惠公司生产的发动机。同时,普惠公司还研制和生产工业和船用燃气涡轮发动机以及航天推进用发动机。

  普惠公司先后研制出的发动机有上世纪50年代初研制的J57双转子涡轮喷气发动机(其民用型称JT3C),用于B-52轰炸机、KC-135加油机以及F-100、F-101等战斗飞机上,共生产了20000多台,是早期生产最多的发动机。

  上世纪70年代,普惠公司研制了第三代战斗机用的推重比为8.0、带加力燃烧室的F100小涵道比涡轮风扇发动机,该发动机用于美国第三代战机F-15和F-16。值得一提的是,美国新一代战机F-22、F-35的发动机,都是普惠公司的手笔。

  此外,普惠公司在民用航空发动机领域也建树颇多。早在上世纪60年代,普惠研制了用于波音727与波音737-1、737-2的JT8D小涵道比涡轮风扇发动机。随后,普惠公司研发了用于波音747、767的PW4052(1987年),用于A330的PW4164(1994年),及用于波音777的PW4084(1995年)。进入21世纪后,普惠公司又研制了齿轮传动的涡轮风扇发动机PW1000G,用于A320neo等客机。

  GE公司主要从事燃气涡轮发动机的设计、生产、销售和服务业务,其产品应用在军用飞机、民用飞机、船舶及其他工业领域中,它研制的发动机有近40种型号。

  从上世纪40年代起,GE公司先后研制出各型发动机,如上世纪40年代后期研制的J47涡轮喷气发动机(B-47、B-36轰炸机以及F-86“佩刀”式战斗机使用);上世纪50年代初研制的J79单转子涡轮喷气发动机(F-104、F-4“鬼怪”式战斗机与B-58轰炸机使用);上世纪60年代中期研制的F101带加力燃烧室的小涵道比涡扇发动机(B-1轰炸机使用)。后来,GE公司还承接了为B-2轰炸机生产F118(F110去掉加力燃烧室)发动机的项目。

  在民用方面,GE公司以用于C-5A的TF39作基础,研发了他们的第一种用于旅客机的大涵道比涡轮风扇发动机CF6,随后发展了用于波音767的CF6-80A,用于A300、波音747、767的CF6-80C2,用于A330的CF6-80E1,以及用于波音777的GE90等发动机。GE90发展型GE90-115B的推力达到511千牛,是目前世界上推力最大的发动机。目前,GE公司正在为波音公司的最新客机777X研制GE9X发动机。

  另外,为满足21世纪“绿色航空”的要求,GE公司还研发了经济性好、排污低的GEnx发动机,用于波音公司的787“梦幻”客机。

英国独树一帜

  英国的罗尔斯·罗伊斯(简称罗罗公司)是世界三大著名航空发动机公司(另两家为美国的普惠与GE公司)之一,初建于1904年。

  上世纪50年代,罗罗公司研制了“达特”“威伯尔”“埃汶”等涡轮喷气发动机,在60年代研制出世界上第一种涡轮风扇发动机“康维”。英法两国研制的“协和号”超声速客机所用的“奥林帕斯593”带加力燃烧室的涡轮喷气发动机,就是罗罗公司的产品。世界上第一种垂直起降的“鹞”式飞机所用的四个喷口可旋转的“飞马”发动机,也是罗罗公司的杰作。

  60年代罗罗公司研制的“斯贝”涡轮风扇发动机既用于三叉戟客机上,又用于F-4“鬼怪”式战斗机上。

  此外,罗罗公司积极与其他国家的发动机公司开展合作。如欧洲著名的“狂风”战斗机所用的加力式涡轮风扇发动机RB199,就是由罗罗公司、德国的MTU公司与意大利维奥集团联合组成的涡轮联合公司研制的。而欧洲联合研制的“台风”战斗机的发动机EJ200,则由罗罗公司、德国MTU公司、意大利阿维奥集团与西班牙ITP公司联合组成的欧洲喷气涡轮公司研制。

  从1972年釆用RB211-22B大涵道比涡轮风扇发动机为动力的L-1011三发客机投入运营开始,罗罗公司开始研发三转子发动机。在近半个世纪中,罗罗公司研制了多型用于客机的三转子大涵道比涡扇发动机,有RB211与遄达两个系列。

俄罗斯实力评估

  苏联曾是航空大国,在发动机方面,它有闻名全球的中央航空发动机研究院,还有众多的以总设计师名字命名的设计局,例如克里莫夫设计局、伊索托夫设计局、索洛维也夫设计局、留里卡设计局、图曼斯基设计局、伊夫琴科设计局等。苏联解体后,大部分设计局留在俄罗斯,少数则留在乌克兰。

  中央航空发动机研究院是苏联/俄罗斯航空发动机领域综合性、系统性研究机构,负责基础性与前瞻性的研究,拥有包括高空模拟试车台在内的大型试验装置50余台,负责对各设计局研发的发动机及各种附件进行性能调整试验,各项环境试验与发动机定型考核试验等,成为继续带动俄罗斯航空发动机技术发展的火车头。

  苏联解体后,俄罗斯政府因经济困难一直大力削减军费开支,航空发动机工业失去了国家在人力、物力和财力方面的充分保证,研究与发展经费受到极大影响,发展速度减缓,一度丧失了航空大国的优势,航空发动机的主要性能指标明显落后于世界先进水平。

  2000年普京担任俄罗斯总统后,十分重视国防工业的建设,为使航空工业重振雄风,采取了一系列改革措施。2007年8月,普京签署了《关于成立联邦国有独资企业燃气涡轮制造科研-生产中心“礼炮”》1039号俄联邦总统令,开始了俄罗斯航空发动机行业的一体化整合。

  2008年,4个航空发动机控股公司的国有股份全部整合到一起,建立起了一体化的管理机构,成立了联合发动机制造集团控股公司(ODK)。截至2015年年底,有超过85%的俄罗斯航空发动机生产厂和设计局被整合,有23家航空发动机制造生产企业和设计局按照各种持股比例并入到ODK。在专业化重组的基础上,ODK成立了4个发动机部,分别是战斗机发动机部、民用发动机部、直升机发动机部和燃气轮机部。

  其中,ODK民用发动机部作为俄罗斯民用航空发动机的主研单位,其发展重点是SaM146发动机和PD-14发动机。SaM146作为其拳头产品和优先发展项目,在2014年已经获得欧洲航空安全局(EASA)颁发的适航许可证。PD-14是俄罗斯目前正在研制的用于干线客机的先进发动机,其结构有常规型和带齿轮传动风扇两种。

  俄罗斯是首次研制像PD-14这种量级和技术指标的先进民用航空发动机的国家。因此,在该发动机研制过程中,改组和专业化整合的优势得以充分发挥。

乌克兰整合出成效

  苏联解体后,乌克兰继承了苏联15%~20%的航空工业,包括生产企业和科研院所。但是原有的完整工业体系不复存在,加之自身综合国力和国内市场的限制,航空工业受到严重打击,一度陷入十分困难的境地。

  近年来,乌克兰效仿俄罗斯的模式,也开始对航空发动机产业进行改革,出台了一系列措施,取得一定的进步。目前乌克兰的发动机研发生产单位主要有扎波罗日伊甫琴科“进步”机械制造设计局和西奇发动机股份公司等。

  扎波罗日伊甫琴科“进步”机械制造设计局是乌克兰主要的航空发动机设计单位之一,负责航空和地面用燃气涡轮发动机的设计、试制、取证以及生产和使用。它的主要产品有AI-20涡轮螺旋桨发动机、D-36三转子涡扇发动机、D-18T大涵道比涡轮风扇发动机、D-136涡轮轴发动机(为世界上最大直升机所用)、D-27桨扇发动机(世界上唯一投入使用的桨扇发动机)等。目前研制了D-436-148、AI-436T12民用涡轮风扇发动机,AI-222-25军用涡轮风扇发动机。

  西奇发动机股份公司是以扎波罗日航空发动机制造厂为主,联合了乌克兰8家航空发动机专业厂成立的股份制公司。该公司主要生产“进步”设计局设计和俄罗斯克里莫夫设计局设计的发动机,近十几年来主要生产AI-222-25、D436涡轮风扇发动机,D-27桨扇发动机,TV3-117涡轮轴发动机等。

国际合作

  由于航空发动机的研制技术复杂且成本高昂,因此在民用大涵道比涡轮风扇发动机中,采用两家或多家公司组成合资公司的方式很常见,这样做能集各公司之长处,使研制的发动机具有较强的竞争力,另外还可分担出现的风险。在合资公司的名称与它所研制的发动机型号上,一般要能反映出各家公司的名称。

  如CFM国际公司(CFMI)是由美国GE公司与法国斯奈克玛公司(SNECMA)(现为赛峰飞机发动机集团)按50/50投资于上世纪70年代建立的,研发CFM56系列发动机。

  2019年5月28日,中国东方航空公司接收了一架波音公司的737-800客机,该机上使用的发动机就是CFM国际公司的第15000台CFM56-7B。

  国际航空发动机公司(IAE)是由美国的普惠公司、英国的罗罗公司、日本的日本航空发动机财团、德国的MTU公司与意大利的FAIT公司在上世纪80年代初为研制V2500大涵道比涡轮风扇发动机而组成的合资公司(后来FAIT公司退出)。

  发动机联盟(EA)是美国的GE与普惠两家公司按50/50投资比例于1996年建立的,它主要研发的产品为用于A380的GP7200。由发动机名字来看,可看出这型发动机是由GE与普惠(PWA)联合研制的。

  普惠公司在1995年为777客机研发了PW4084发动机后,再没得到航空公司提出的研制大推力发动机的要求,因而失去新的大发动机市场。为此,它才与多年竞争对手GE公司联合,组建合资公司研制GP7200发动机。

  GP7200是采用了两家公司既有的发动机部件组合而成的,它的高压部分釆用了GE公司GE90的高压部分,低压部分则采用了普惠公司PW4084的低压部分,另外,在研制中还加入了一些新发展的技术,以更好地与罗罗公司的遄达900竞争国际航空发动机市场。

  (作者系中国著名航空发动机专家、北京航空航天大学退休教授)

来源:2019年6月26日出版的《环球》杂志 第13期

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