
2005 年 4 月,在中国燃气涡轮研究院地面试车台上,我国自行研制的首台高推重比涡扇发动机核心机,检查性点火试验一次成功,并顺利推到慢车状态。这台核心机是遵循从关键技术、部件到核心的科学规律研制的我国目前技术含量最高、并拥有完全自主知识产权的新一代先进航空发动机核心机。据称,在该核心机基础上研制的发动机,加力推力达 180 千牛。该核心机点火一次成功,表明其主要技术指标、技术状态良好。有关人士认为,这展示了我国具有自主研制先进航空发动机的实力,坚定了国家、军方和业界新一代航空发动机核心机最终发展成为型号产品的信心。

发动机振动测试是一件极为枯燥的工作,却是发动机研制中最关键的环节之一。图为“太行”发动机测试
(二)我国近期有可能研制出的高涵道比涡扇发动机及其可以配套的客机机型
目前,比较现实的选择是在已经定型的“太行”发动机的核心机或正在研制的先进核心机为基础,设计出类似 CFM56 的高涵道比涡扇发动机,在基础型号上衍生出推力不等的发动机,分别用于大型的军用运输机和大型客机。
西方国家在 20 世纪 60 年代初,也就是从 TF39 发动机开始,无不将以高压压气机、燃烧室和驱动高压压气机的高压涡轮等三个部件以及有关附件组成的核心机作为发展先进航空发动机的技术途径。将应用研究中和探索发展中得到的三个先进部件与先进技术组成核心机,在真实发动机环境中评估核心机技术性能、成本和耐久性。将这些经过验证的硬件与技术移植到工程发展时就能减小风险,缩短工程发展周期、降低成本。在核心机基础上经过必要的修改后,配上从其他研究计划得到的风扇、低压涡轮、加力燃烧室、控制系统和传动系统等,就可以较低的风险研制出覆盖一定推力(功率)范围、满足不同用途的一系列涡轮发动机。核心机计划作为预先发展的重要内容,较好地解决了发动机与飞机机体研制进度的协调问题。因此,这种途径得到越来越广泛的采用。至上世纪末,已经发展了七代核心机。目前,在这些核心机基础上已经成功研制出许多军、民用发动机。例如:

C-5 运输机安装的 TF39 发动机
当超音速的 B-1 战略轰炸机项目开始实施时,配套发动机的研制工作也同时启动,其结果就是 F101 大推力涡扇发动机。它的研制过程可以追溯到 60 年代中期,当时通用电气公司正按美国空军合同实施第二代先进涡轮发动机燃气发生器计划,编号为 GE9。在 1969 年为争夺用于 B-1 的竞争中 GE9 验证机获胜,从而导致在 1970 年 6 月美国空军与该公司签订一项全面研制合同。之后,通用电气公司在 F101 核心机基础上派生出 F110 发动机。

装备 B-1B 轰炸机的 F101-GE-102 发动机结构图。F101 涡扇发动机一直问题不断,曾造成 B-1B 服役后长期无法投入实战
继 JT8D 涡扇发动机之后第二个销量超过万台的民用发动机便是由美国通用电气公司和法国斯奈克玛公司组成的 CFM 国际公司生产的 CFM56 发动机。CFM56 发动机是在 F101 核心机技术基础上,为适应 20 世纪 80 年代后国际军、民用飞机市场需要而研制的 100 千牛级高涵道比涡扇发动机。自 1979 年取得适航证以来,通过不断改进发展出六个子系列,28 个改型,推力范围覆盖了 71~151 千牛,耗油率下降了近 20%,已经成为 22 个型号飞机的动力装置。

CFM56 系列民用发动机是当今世界销量最好的发动机
TF34 是通用电气公司为满足海军舰载反潜飞机长距离、低空巡航和巡逻要求而设计制造的。该发动机以 GE1 核心机技术为基础,具有通用电气公司比较早期的特点,如静叶可调、带有涡流杯喷嘴的环形汽化燃烧室和用空气冷却的多级涡轮,并吸取了 TF39 和 CF6 的风扇技术。TF34 的设计比较强调外场的维护性,采用了单元体结构设计,发动机的许多零件可以单独更换。通用电气公司在 TF34 基础上还发展了用于 50~150 座支线飞机的、号称安静与绿色发动机的民用发动机 CF34。TF34/CF34 已经被证明是极为优秀的发动机。除 A-10 与 S-3 反潜机外,加拿大 CL600 系列、CRJ 系列、巴西 ERJ170/190、我国的 ARJ21 等民用飞机均使用这一系列的发动机。

TF-34 结构图
纵观美国通用电气公司和普•惠公司的发展轨迹不难看出,两家公司为民用飞机研制的 JT3D、CJ805、JT8D、CFM56、CF34 等发动机衍生自战斗机、攻击机等飞机使用的军用发动机。我国亦可采取这样的发展道路。借鉴国外核心机的发展经验,尤其是通用电气公司从 F101 到 F110 和 CFM56 的发展道路,利用“太行”发动机的核心机和多年维修 CFM56 的经验,我国在最近 10 年内最有可能研制出相应的发动机及飞机。其中:
85~120 千牛的涡扇发动机,可以用作双发窄体客机的动力装置,相当于:100~190 座的波音 737-300 到 900 的所有型号,107~179 座的 A318、A319 和 A320。
70~100 千牛的涡扇发动机,可以用于 ARJ21 支线飞机系列。
140 千牛的发动机,用于双发的窄体客机,相当于 185~200 座的 A321。
160 千牛的发动机,用于双发的窄体客机,相当于 178~239 座的波音 757 和 184~212 座的图-204。
如果安装 4 台 140~160 千牛的发动机,则相当于 263~383 座的 A340 和 234~375 座的伊尔-96。
因大型军用运输机的需求,我国在最近一个时期,极有可能以“太行”发动机的核心机为基础,首先研制出最大推力达到 140~160 千牛的高涵道比涡扇发动机。从军民结合的发展道路来看,民用的大型客机与军用的大型运输机极有可能采用同一种高涵道比涡扇发动机。在四发客机中,发动机的推力与飞机起飞总重之比约为 0.25。因此,假如我国研制的军用运输机的最大起飞重量为 220 吨,采用同型发动机的四发宽体客机的最大起飞重量大致可以达到 260 吨。从美法联合研制 CFM56 的情况以及“太行”涡扇发动机技术水平看,通过进一步提高涵道比(4~9)、总增压比(30~45)、涡轮前燃气温度(1,800~2,000K)等措施,在“太行”发动机核心机的基础上,将拟研制的高涵道比涡扇发动机的最大推力提高到 160~180 千牛还是可行的。 根据俄罗斯为最新的伊尔-76MF 配备新发动机的经验和我国为老运-9 设计的涡扇 6 甲无加力发动机的经验,160 千牛级甚至推力更大的高涵道比涡扇发动机装用大型军用运输机和四发的大型客机之上是可行的。
