這麼快、這麼強?CJ1000A碳纖維風扇葉片正在測試,助C919減重1噸

2022-10-17     彧蔚

原標題:這麼快、這麼強?CJ1000A碳纖維風扇葉片正在測試,助C919減重1噸

CJ-1000A作為我國專為C919國產客機量身定製的國產裝機動力,CJ-1000A的出現不僅對於C919未來和空客、波音爭奪市場有著非常的幫助,同時也對於C919未來參軍有著必不可少的關鍵作用。

就在今年10月9日,中國商發就立馬召開CJ-1000A的適航取證動員大會,計劃儘快開展CJ-1000A的裝機試飛和認證,這也表明了在C919前腳獲得中國民航認證,即將在今年年底或明年初正式交付運營後,作為該機關鍵動力系統的CJ-1000A也緊隨其後進入到適航認證階段,為儘快實現C919國產大客機更早實現中國自主化補足了短板。

而作為對比,CJ--1000A和現階段C919裝備的進口LEAP-1C航發整體上還是略有差距的,特別是LEAP-1C航發作為CFM公司面向A320系列、B737系列和這一級別民航市場推出的新一代裝機動力,最大的特點就是其採用了更先進的碳纖維復合材料風扇葉片,而CJ-1000A使用的還是傳統的鈦合金空心葉片,無論是在重量、轉速、低噪音、可靠性、壽命等多方面都和碳纖維復合葉片有著明顯的差距。

本來以為CJ-1000A用上國碳纖維復合風扇葉片的可能性不大了,畢竟現階段CJ-1000A都準備裝機適航取證了,後面就算改進也只會小改、不會對風扇葉片這麼核心的部件進行升級改進,最有可能用上碳纖維復合風扇葉片的或許會是CJ-2000系列大推力先進航發,也就是計劃裝在C929遠程寬體客機上的國產航發動力。

但沒想到的是,近日有業內人士發文稱:國內某新型復合材料公司,為C919量身定製的碳纖維葉片已經在裝機測試了,該碳纖維葉片相比CJ-1000A現階段使用的鈦合金空心葉片除了壽命更長外,最大的優勢就是其在風扇葉片數量不變(風扇葉片數量變化會涉及到整機)的情況下,重量大幅降低。

由於風扇葉片重量占整個航空發動機全重量的35%左右,CJ-1000A換上碳纖維復合材料風扇葉片後,光是從重量方面,將使得單台CJ-1000A航發減重至少500千克,也就是說C919未來換上使用碳纖維風扇葉片的CJ-1000A航發後,整機空重至少減重1噸以上,在任何參數不改變的情況下,機身減重1噸最少能夠降低2%左右的燃油消耗、增加5%以上的航程。

而C919的裝機動力CJ-1000A選擇在C919剛獲得適航認證,CJ-1000A正準備適航取證之際,進行碳纖維復合風扇葉片的測試工作,很明顯官方是想要在C919大批量生產之前,特別是CJ-1000A正式推向國際市場、進行商業運營之前,就用整體性能更先進的碳纖維復合風扇葉片替換掉之前的鈦合金空心葉片,來增加C919飛行性能的同時提升其市場競爭力。

同時C919的裝機動力能趕在正式裝機試飛前,進行業界領先的全碳纖維復合風扇葉片測試工作,相比體型更大、對於我國戰略意義更大的C929的裝機動力——CJ-2000系列航發,估計會從一開始就用上全碳纖維復合材料風扇葉片。

畢竟從民航客機的商業市場表現來看,和C929同級別、投入運營更早的B787客機,同時採用了羅羅的瑞達1000和GE公司的GENX系列兩款航空發動機。但相比瑞達1000依然使用的空心鈦合金風扇葉片而言,GE公司為B878最新開發的GENX航發,不僅風扇葉片是全碳纖維材料,包括機匣等輔助零部件都採用了碳纖維材質,而且該航發採用先進熱流管理設計,平車轉速下推力都比同級別其他航發大2%,所以在B787客機身上,採用GENX-1B航發的占比高達2/3,只有1/3的航司選擇了瑞達1000。

而且從碳纖維復合材料風扇葉片的研發難度來看,全球最早商用化碳纖維風扇葉片的航空發發動機,並不是A320、B737這些風扇直徑小的小型幹線客機航發動力,而是全球最大的雙發民航客機B777使用的GE-90超大推力航發,其單台航發推力接近57噸,單片風扇葉片長度接近2米。

小推力、小尺寸航發使用全碳纖維風扇葉片,還是近兩年才開始商業運營的LEAP系列航發,也就是A320neo、B737MAX、C919裝備的這款先進航發。之所以壽命更長、質量更輕、噪音更低的碳纖維復合風扇葉片沒有從小到大、反而從大尺寸航發發展到小尺寸航發,主要原因在於航發動機的風扇葉片並不是牢牢固定在風扇機匣上的,而是通過特殊的樹縱型結構鑲嵌在風扇機匣上,這樣風扇葉片在發動機運轉過程中,可以輕微自由移動來滿足發動機的正常運轉(風扇葉片在轉動過程中受離心力作用,如果牢牢固定在機匣上會直接被離心力甩斷,所以採用自由移動的安裝方式來對稱抵消相對風扇葉片不同方向的離心力)。

而小尺寸航發如果換裝碳纖維風扇葉片的話,會因為碳纖維的固化整個風扇葉片質地非常堅硬,無法產生航發在正常運轉過程中的有效形變來抵消鳥撞變形需求,所以早期只能用在尺寸更大、更容易產生形變的大尺寸航發上。

直到近幾年CFM公司突破碳纖維3D編織工藝後,才敢於在LEAP航發上使用這一先進工藝來降低航發重量、油耗,提升客機飛行航程。因此對於C919即將裝備的國產航發CJ-1000A而言,近幾年我國在碳纖維生產工藝和生產線的建設上取得了舉世矚目的成績,特別是是國慶前夕,我國自主建成的首套48K大寬束碳纖維生產線正式投產,為後續國內包括航發等先進設備的製造,填補了空白和滿足了任何形式下的採購需求。如果其在正式換裝CJ-1000A之際,就能夠使用上碳纖維復合材料的風扇葉片和機匣,相信C919的市場競爭力會更強,就算不能成為ABC三劍客的第一名,打敗波音B737max客機,和空客A320neo客機平起平坐還是有這個實力的。

同時對於C929遠程寬體客機而言,研發、製造難度更大的小尺寸碳纖維風扇葉片都已經成功應用到C919客機裝備的CJ1000航發上,C929的CJ2000航發的大尺寸碳纖維復合材料風扇葉片研發肯定會更順、周期更短。

文章來源: https://twgreatdaily.com/d326e941d1c3f7fb46872e9bc1d7add6.html