航空发动机产品指标对比的内容和意义

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来源：高端装备发展研究中心

　　航空发动机是飞机的动力装置，其工作条件为高温高压，异常恶劣，工作具备条件为无故障、耐久性和安全性。航空发动机的研制、维护和修理涉及材料学科、制造修理工艺、检测技术和管理。所以航空产业是一项专业技术，高科技的综合技术产品。自从20 世纪40 年代初期出现燃气涡轮以来，燃气涡轮的发展取得了巨大成就。

　　目前，燃气涡轮发动机占据航空动力的主导地位，是知识密集、军民两用的高科技产品，是国家科技工业水平和综合国力的重要标志，成为各大国大力发展、高度垄断、严密封锁的关键技术。推重比、涵道比、耗油率、总增压比、涡轮进口温度等指标，体现了各大发动机制造商的航空发动机的技术水平。通过对这些指标进行对比，并结合不同机型的航发产品研制、市场运行情况，可以全面完整的体现目前国内外主要航空发动机的研制过程、性能特点以及市场应用情况，为我国航空发动机自主研发提供宝贵的经验。

　　民航航空发动机发展现状

　　民用航空发动机历经半个多世纪的发展，发动机结构形式由早期的离心式涡轮喷气发动机到单转子轴流式涡轮喷气发动机，从双转子涡轮喷气发动机到低涵道比涡轮风扇发动机，再到高涵道比涡轮风扇发动机，一直以来以更高的效率以及更高的可靠性为追求目标。随着涵道比的增加与新技术的应用发动机耗油率也由最早的1.0kg/daN·h 降低到0.3kg/daN·h。

　　目前，民用航空发动机主要为大涵道比涡扇发动机，其最大推力已超过500kN，发动机总压比超40，采用全权限数字控制(FADEC)，发动机可靠性显著提升，空中停车率下降到每1000 飞行小时0.002~0.005 次，返修率仅为每1000 飞行小时0.06~0.01次。同时，与早期的涡喷发动机相比，噪声强度和污染物排放分别降低了75% 和80%，发动机工作更加“环保”。

　　

大涵道比涡扇发动机演进及CO2减排效果

　　在不改变航空涡轮发动机循环方式的情况下，提升发动机循环效率和减轻发动机自身重量是提高发动机性能的主要方法。发动机性能的提升离不开先进的气动设计与结构设计。新材料是航空涡轮发动机技术进步的重要基础，是提高航空涡轮发动机推重比的主要突破口。据预测，在未来航空发动机性能的提高中，新材料贡献率将达到50%以上。

　　现役的主流民用航空发动机主要有CFM56、PW6000、GE90、Trent800等。并为进一步降低发动机耗油率、提升民用航空发动机的经济性，一些新技术、新结构形式在民用航空发动机中得到了快速发展。例如普惠公司研发的齿轮传动风扇发动机(GTF)、罗罗公司重新研发的桨扇发动机(也称开式转子发动机)，与传统民用航空涡扇发动机相比均可大幅降低油耗。目前该两类发动机均已通过了整机测试，普惠公司的PW1100G(GTF)发动机将在A320NEO飞机上进行使用。

　　我国在民用大涵道比涡扇发动机研制方面，目前仍处于研制阶段。除了计划装配于运20运输机的涡扇20发动机，国内还在研制更加先进的推力在12-15吨级的大涵道比涡扇发动机CJ1000A，正好适用于150-200座级中短程客机的动力。目前CJ1000A已完成验证机全部设计工作，正在开展零部件试制和试验工作，预计将会在2020年以后投入使用。

　　根据资料，CJ1000A发动机是一型双轴大涵道比直驱涡扇发动机，由1级风扇、3级增压级、10级高压压气机、单环形燃烧室、2级高压涡轮及7级低压涡轮组成。在新技术上，CJ1000A采用全三维气动设计、贫油预混燃烧、主动间隙控制等先进技术，以及宽弦空心风扇叶片、整体叶盘、新一代单晶、粉末冶金等先进材料工艺，具有高效率、低燃油消耗，低排放、低噪音，高可靠性、长使用寿命，低维护成本、良好的维修性等产品特性，整体技术指标达到或者接近LEAP-X1C的水平，优于现在使用的CMF-56涡扇发动机，也要优于涡扇20发动机。对于民航客机来说，性能的提升意味着在同样条件下，载荷航程性能得到增加，经济性和运营成本降低，因此CJ1000A一旦研制成功，将对全球的中短程客机动力市场带来一定的冲击。

　　

CJ1000民用涡扇发动机发展规划

　　据悉，中国正在于俄罗斯联合研制大涵道比涡扇发动机，以打破西方厂商的垄断。这款发动机编号为RD-35预计推理将达到35吨,它将广泛采用俄罗斯PD-14涡扇发动机取得的技术，PD-14计划配备于俄罗斯最新的MS-21窄体客机上面，目前PD-14正在进行飞行测试。从现有资料看，中俄联合研制的大涵道比涡扇发动机推力将介于波音787和A350之间，将配备在中俄联合研制的宽体客机上面。

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　　军用航空发动机发展现状

　　从1973 年以F100为代表的第三代军用航空发动机投入使用以来，军用航空发动机的技术上有了很大进步，推重比达到7~8，涡轮前温度1600~1800K。相继又有美国的F404、F110、欧洲的RB199、法国的M-88、前苏联的RD-33 和AL-31F 投入使用，成为第三代战机的主要动力装置等。

　

第三代军用航空发动机发展演进

　　从20世纪80年代开始发展，是为满足先进战斗机的超声速巡航能力、良好隐身能力、高亚声速和超声速机动能力、敏捷性、远航程和短距起落能力、高可靠性、易可维修性、强生存力、低全寿命期费用而研制的。其性能特点为：推重比9.0~10.0，涵道比0.2~0.4，增压比26~35，涡轮进口温度1800~2000K，耗油率降低了8%~10%，可靠性提高了1 倍，耐久性提高了2 倍。典型第四代军用发动机F119、EJ200、F135等。

　　目前，军用航空发动机已经发展到第五代，与前四代发动机追求高推重比不同，第五代发动机将提升发动机推进效率与任务适应性为首要目标，目前仍处于研制当中。普惠公司借助美国空军自适应发动机技术(AETD)发展项目正在进行第五代发动机的测试，通过变循环发动机关键技术的突破，其耗油率可降低30%，预计2016年其原理样机将进行整机试车。

　　相比国外先进的民用及军用航空发动机技术，我国的航空发动机近年来虽然奋起直追，但仍需要面对国内外长达30年技术差距。我国第3代战斗机发动机“太行”(涡扇-10)于2005年底通过设计定型，与美国第3代战斗机配置的F100发动机1973年10月定型的时间名义差距为32年。目前，太行发动机已经批量装备部队，暂时解决了军用战机的燃眉之急。我国还在继续研发更为先进的WS15发动机。

　　装配太行发动机WS10的国产歼11B

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　航空发动机产品指标对比

　　推重比(Thrust to Weight Ratio)

　　飞机发动机推力与发动机重力或飞机重力之比，它表示飞机发动机或飞机单位重力所产生的推力。飞机发动机在海平面静止条件下于最大状态(加力发动机为全加力状态)所产生的推力与发动机结构重力之比称为飞机发动机推重比。一般来说，战斗机的推重比较高，轰炸机和其他大型飞机的推重比较低。

　　推重比是一个综合性的性能指标，它不仅体现喷气发动机在气动热力循环方面的水平，也体现了结构方面的设计水平。它对于飞机的飞行性能和有效载荷等都有直接影响。飞机的最大平飞速度、爬升率、升限、机动性等都与飞机推重比有关。喷气发动机推重比的跨越往往会带来新一代战斗机的出现。由下图可看出提高推重比是喷气发动机发展的一个重要趋势。

　　

涡扇发动机推重比演进

　　涵道比(Bypass Ratio)

　　涡轮扇发动机的涵道比(Bypass ratio)是单位时间内不经过燃烧室的空气质量,与通过燃烧室的空气质量的比例。涵道比为零的涡扇发动机即是涡轮喷气发动机,早期的涡扇发动机和现代战斗机使用的涡扇发动机涵道比都较低,例如世界上第一款实用涡扇发动机,劳斯莱斯的Conway涵道比只有0.3,现代多数民用飞机发动机的涵道比通常都在5以上，新一代的涡扇发动机涵道比都在10以上。涵道比高的涡轮扇发动机耗油较少,但推力却与涡轮喷气发动机相当,且运转时还宁静得多。

　　

大推力的大涵道比涡扇发动机的出现推动了巨型宽体客机的诞生

　　耗油率(specific fuel consumption)

　　耗油率(SFC)即每小时喷入发动机的燃油质量与发动机推力之比。随着涡扇发动机技术的发展，耗油率已经较初代减少了50%。耗油率的减少与涵道比的增加成正比关系，

　　

大涵道比涡扇发动机的发展与耗油率的降低

　　总增压比(overall pressure ratio)

　　压气机性能好坏的主要参数有：空气流量、增压比、效率和喘振裕度。进入发动机的空气在压气机中压强的提高称为增压比，亦即压气机出口气流的压强与其进口气流的压强之比。有些发动机由一个、两个或三个压气机组依次串联，构成发动机的增压系统，此系统出口气流的压强与其进口气流的压强之比称为发动机的总增压比。

　　总增压比的高低，在设计时根据发动机的需要来选定，它是影响涡轮喷气发动机工作性能的一个重要的循环参数，对发动机的单位推力和耗油率有较大的影响。一般地说，总增压比越高，发动机性能就越好(推重比大、耗油率低)。早期发动机的总增压比为3～5，后来逐渐提高。

　　目前，先进军用涡轮喷气发动机的总增压比为8～12，涡轮风扇发动机总增压比在25～35之间，先进民用发动机的总增压比已高达45。罗罗公司的Trent XWB发动机的总增压比更是达到了52:1。

　

涡扇发动机总增压比演进

　　涡轮进口温度(Turbine Inlet Temperature)

　　涡轮进口温度指第一级涡轮导向器进口截面处的总温，亦称涡轮前温度。涡轮进口处温度进口处温度越高，单位体积燃气的能量越大，有更多的能量用于推动涡轮旋转。涡轮进口温度高低反映了高温部件材料的发展。

　　航空发动机产品指标对比的价值和意义

　　涡轮风扇发动机体现了一个国家机械工业的最高水平，被誉为是机械工业“皇冠上的明珠”，其技术难度高、研发周期长、资金投入大，是高壁垒的尖端技术行业，一直以来被欧美国家所引领，并实施严格的保密政策。我国在发动机领域与国际先进水平差距较大，而且该行业没有捷径，只能通过长期、踏实的探索和积累，才能实现从量变到质变的过程。

　　涡扇发动机要达到更大推力、更低的油耗，首要的是提高增压比、提高热效率，涡轮前温度是衡量热效率的一个重要指标。而发动机要提高推力与自身重量之比，还要将压气机和涡轮造得更轻巧。因此，推重比、涵道比、耗油率、总增压比、涡轮进口温度等指标，体现了各大发动机制造商的航空发动机的技术水平。

　　经过50多年的探索发展，我国航空发动机制造已经确定了坚定自主研发的发展方针，并于2016年整合40多家单位成立了中国航空发动机集团有限公司，集中致力于发动机设计、制造、试验、相关材料研制等方面的研究。我国要发展自主创新的航空发动机技术，就要广泛吸取国外航发研制及运营的相关经验。在面对众多不同类型的航发研制时，能够准确把握国内外技术现状趋势以及市场运营情况。

ruipuxizo

谢谢机工的总结论述!点赞!!!

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