中国CJ1000能否取代进口航发上C919 材料还落后一代

那么在研发第四代涡扇发动机时，国内会不会重走仿制的老路？下面分别从核心机的三大部件——高压压气机、燃烧室和高压涡轮的结构来进行分析。

（1）高压压气机

　　CJ1000A的高压压气机

CJ1000A采用10级高压压气机，通过三维气动设计压气机叶片，提高了压气机的效率，平均级压比可达1.36，增压比在21-22之间。第1~4级转子为整体叶盘设计，降低高压压气机重量。由久负盛名的MTU提供的这组压气机，其数据上虽然比LEAP稍稍逊色一点，但也完全可以称之为同等级产品。

LEAP的核心机由CFM国际公司的eCore计划发展而来，这一计划是集GE90、GP7200和GEnx等著名的发动机的使用经验，再加上CFM国际公司自己的TECH56计划的先进技术发展而来的，因此LEAP的高效高压压气机设计非常先进。其压气机级数同为10级，也采用三维气动设计叶片，增压比达到22，这一数据比上一代发动机高了近50%，由此可以看出eCore计划的巨大成功。

（2）燃烧室

　　CJ1000A采用的单环腔燃烧室

CJ1000A采用中心分级的贫油预混预蒸发（LPP）组织燃烧模式的单环腔燃烧室（Single Annular Combustor ，简称SAC），短环形单腔火焰筒采用浮壁式设计以提高火焰筒寿命，根据试验，氮氧化物等污染物排放比国际民航组织（ICAO）发布的民用飞机排放标准（CAEP-6标准）规定的排放值降低50%，和目前航线上主流机型的排放水平大体相当。

LEAP的燃烧室为第二代双环预混旋流（Twin Annular Premixing Swirler，简称TAPS）燃烧室。TAPS燃烧室燃油喷嘴的主燃级燃油喷射采用的是气动雾化式，其通过主混合器空气旋流器的高压空气气流与主燃级燃油的射流相垂直，目的是使主燃级燃油的雾化更充分，混合度更高其进入燃烧室燃烧可在燃烧室内形成稳定的主燃级燃烧回流区，由于燃油预先与空气混合后喷入燃烧区进行燃烧，燃烧区也处于贫油状态，因此TAPS燃烧室的燃烧分区更合理，可实现发动机全工况的贫油燃烧，以实现降低污染物排放的目的。

（3）高压涡轮

CJ1000A采用2级气冷高压涡轮。高压涡轮叶片为无叶冠空心设计，采用成熟高效的复合冷却结构，带有气膜冷却孔，可通过引气管从压气机和外涵气流中引入冷却气流，对涡轮转子进行冷却。高压涡轮机匣则采用带主动间隙热控制的结构。相对来说，CJ1000A的高压涡轮设计在满足效能和重量指标的前提下，技术应用还是较为保守的。

LEAP发动机的高压涡轮采用了低刚性高载荷设计，单级高压涡轮的设计压比是16。其空心叶片除了应用先进涡轮叶型材料（ATAMS）之外，还应用了经过验证的涡轮导向器新结构，新的气动设计技术和减震叶片，使得LEAP发动机的高压涡轮的效率和耐久性大幅提高，而重量明显降低。

总结一下，CJ1000A和LEAP的核心机均非常先进，高压压气机均为10级，压比均在21~22，高压涡轮均为2级，均是典型的第四代民用涡扇发动机的超高压比核心机。相比之前诸如CFM56或V2500等三代民用涡扇发动机的核心机，压比几乎提高一倍，结构更紧凑，重量也更轻。

但两者的燃烧室差别很大，CJ1000A的燃烧室为单环腔燃烧室（SAC），LEAP的为双环预混环流（TAPS）燃烧室，关于TAPS燃烧室和SAC两种燃烧室结构的区别和优劣，根据国内相关研究，结论如下：TAPS燃烧室的出口总压恢复系数和燃烧效率比SAC高，出口温度分布系数（OTDF）明显比SAC低，即燃烧室出口温度分布更均匀，涡轮的冷却效率更高；慢车状态下的碳氧化物排放水平比SAC略高，设计状态下的氮氧化物排放水平比SAC低，即排放标准更高。

因此，虽然CJ1000A和LEAP的两种不同类型的燃烧室均能满足各自的性能要求、且均符合现阶段CAEP-6的排放标准，但LEAP采用的第二代中心分级双腔预混旋流燃烧室（TAPS）有着十分明显的技术优势，是一种更先进、更环保、发展前景也更好的高温升、低污染燃烧室，国内应该尽快突破相关技术。

总之从上述分析可以看出，CJ1000A和LEAP的核心机区别还是较为明显的，至于在高压级数、压比等数据上的相似性，除了作为计划装备同型客机的发动机，难免存在技术参考的情况之外；主要原因还在于CJ1000A和LEAP均属于同一推力级别的发动机，在同一代技术水平下，结构设计自然具有趋同性。

（四）依旧遭遇材料短板的低压涡轮

CJ1000A采用7级中等负荷低压涡轮，低压涡轮叶片采用实心带冠精铸叶片，叶型为高升力叶型，以减少叶片数目、降低低压涡轮重量，低压涡轮机匣为整体机匣。

LEAP1C的低压涡轮也为7级，低压涡轮叶片均采用新一代三维气动设计，工作叶片采用先进的耐高温、质量轻的钛铝金属间化合物材料，导向器叶片的材料为陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites，简称CMC）。

低压叶片的设计相对掣肘较少，使得CJ1000A和LEAP的低压涡轮在气动性能上基本处于同一水平，而最明显的差距仍然在材料上。LEAP已经确定采用陶瓷基复合材料，其质量仅为传统材料的一半甚至更轻，但可以耐1200℃以上的高温，并且不需要冷却，易于加工。从已经公开的信息看，CJ1000A的低压涡轮材料应该还是传统的高温合金材料，这对于低压涡轮的重量控制较为不利。

一个弱化版LEAP，究竟能给中国航发产业带来什么？

感谢读者们能看完这些枯燥的技术细节。总结一下吧，CJ1000A基本是一个全面弱化一点的LEAP1C，在主要性能指标如推力、耗油等方面还能做到基本接近，但在重量、环保等方面就有些力有不逮了。

即使将两者看做一个等级的型号，考虑到LEAP系列发动机已经投入商业运营一年半，而这第一台CJ1000A的后面还得有个X，从技术上来说，确实还是“同志仍需努力”。等到完成漫长的适航工作后，届时面对欧美新一代发动机的它，市场竞争力就更。。。。。。然而，有的事情就是明知眼下赚不到钱也得去做的，不做以后永远不会成功。

笔者认为，即使它以后注定只能在C919原型机上积累数据，争取国内外的民航适航证，CJ1000A的意义也并不局限于为后继型号打基础，以及在购买国外发动机时发挥“压价”之类的用途；如果它能够走完研制定型全流程，还将大大提高整个中国航发产业链的技术水平和管理水平。

中国目前在航空发动机上的技术实力，总体相当于欧美航发巨头上世纪90年代的水平，由于后发优势，部分生产设备甚至超过欧美航发企业部分工厂，但投产的几型发动机却仍达不到欧美国家上世纪90年代产品的指标。

比如FWZ-8系列涡轮轴发动机，是国内引进法国阿赫耶发动机全套技术资料生产的国内型号。虽然按照同样的技术规程和工艺文件，但是国内生产的FWZ-8系列发动机在寿命和可靠性上却一直比不上法国原版产品。

著名的FWS-10“太行”发动机，虽然使用的核心机与美国通用电气的F110系出同门，且设计定型后又经过近十年的成熟完善，如今虽然在推力和油耗等指标上达到了美国90年代生产的F110的水平，但在平均无故障间隔、首次翻修寿命和整机寿命等方面依然不到F110的一半。

而传说多年的“四代大推”，纸面性能指标堪比国外同类产品，但却迟迟解决不了可靠性方面的问题，至今还在试验台上……

导致这种有技术实力、却没有对应水平产品的主要原因，就在于国内航空发动机整个产业链从上游主机厂/所到下游各附件厂的管理水平差距太大。一个产业要成熟发达，仅仅有实验室的技术和产品是远远不够的，必须要由能够投入标准化的工业大生产体系，批量生产出合格的产品才行。

后者恰恰是中国航发乃至整个航空工业所缺乏的。虽然很多航发制造厂可以按照外商的技术规范和工艺要求生产出合格的零部件，但把上千万个零部件整合到一起、还能够达到设计指标就不是一件容易的事。可以说我国航发产业在整机设计系统集成，标准化生产质量控制，供应链管理等诸多方面距离欧美航发巨头差距仍然很大。

所以说CJ1000A这样一款技术指标先进，对部件质量要求很高，节点限制上又相对宽松、资金也较为充沛的民机发动机，恰好是中国航发产业整合力量的良好契机。而对待CJ1000A中的外国元素，在民机系统国际化合作已成惯例的今天，更要以开放的心态去面对。这可是我国第一款民用大推，能借着C919带来的高技术起点和国际合作便利，多学点技术何乐不为？

我国航发产业不缺乏理论能力和工程技术，但却严重缺乏民用航空发动机的研发经验，而且随着现代军用和民用发动机技术路线差异越来越大，前者的经验也越来越难以反哺后者了。

打个比方，好比一家餐厅，手上有足够的食材和厨具，也有足够的高水平厨师，但是长期只会做中餐，虽然偶尔也帮隔壁的西餐厅加工一些半成品，但从来没有完整做过一次西餐的经验。所以即使中餐已经小有名气，一提做西餐那也只能是摇头。

现在由于爱吃西餐的人多了，餐厅决定开一家分店主营西餐，那一开始肯定要请专业的西餐厨师和服务人员来手把手地教。不过由于自身什么都不缺，厨师又勤奋好学，所以很快就可以做出一桌标准的西餐。

只要跨过这一步，后面便会越来越熟练，菜品质量和服务质量也会越来约高，最后甚至可以和正宗的老牌西餐厅相媲美。到那时，这家餐厅的中餐和西餐业务都会齐头并进。