重磅！國產大飛機發動機核心技術終於成功了：未來想生產多少都行

眾所周知，民用航空發動機是最能體現一個國家綜合科技水平和工業基礎能力的產品，具有技術難度大、研發周期長、經費投入多、失敗風險高等特點,全世界只有美國的通用電氣、普拉特·惠特尼集團，英國的羅爾斯·羅伊斯等少數幾家公司能夠獨立研製生產。根據預測，未來20年全球民用航空發動機的市場需求量接近9萬台，市場價值超過1.2萬億美元，其中中國的民用航空發動機市場就有可能達到近5000億美元，佔全球市場的41%。因此隨著我國綜合國力的不斷提高以及航空發動機工業的不斷進步，大力發展民用航空發動機產業將是未來我國的必然選擇。

據公開資料披露，目前我國民用渦扇航空發動機的唯一研發廠商: 中國航發商用航空發動機有限責任公司（簡稱中國航發商發）共規划了三個航空發動機產品系列為中國商用飛機有限責任公司研製的飛機產品配套：第一種是推力達13.5噸的「長江」-1000大涵道比渦扇發動機，配裝已成功首飛的160座C-919國內幹線客機；第二種是推力高達35.4噸的「長江」-2000渦扇發動機，配裝中俄正在共同研製的280座CR-929國際幹線寬體客機；第三種是10噸級推力的「長江」-500渦扇發動機，配裝未來的ARJ-21支線客機的加長改進型，最大載客人數為110至130人。「長江」系列發動機均採用雙轉子、直接驅動、大涵道比渦扇布局，具有低油耗、低排放、低雜訊、高可靠性、低維護成本等特點，主要性能指標均達到世界先進水平。

三個產品系列以「長江」1000發動機的核心機為基準，經過相似放大和局部優化，發展出更大推力的「長江」-2000發動機核心機和整機。通過相似縮小和優化、發展出推力較小的「長江」-500發動機。「長江」系列發動機為了做到能與歐美國家研製生產的民用航空發動機相競爭，耗油率必須明顯低於現役同類型的先進發動機，例如「長江」-1000發動機耗油率水平要做到與國際最新一代窄體幹線客機用發動機LEAP-1C相當，比上一代CFM-56發動機降低約15%，因此對發動機渦輪效率和可靠性提出了極高的要求。中國航發商發決定在國內首次應用大尺寸整鑄雙聯單晶渦輪導向葉片技術，來確保國產商用發動機的先進性，達到高能效和高可靠性設計要求。雙聯導向葉片技術可以減少導葉緣板間的漏氣損失，提高航空發動機的渦輪效率，長期使用時又能經受得起由於冷熱變化帶來的強烈應力作用，是目前渦輪導向葉片技術的最佳選擇。

而更多整體鑄造葉片的三聯葉片，乃至多聯葉片技術已被證明均存在不可克服的困難，而被放棄使用。例如前蘇聯為米格29戰機研製的PД-33發動機採用了三聯高壓渦輪導向葉片，由於三者互相拉扯，受熱應力不均，在使用過程中不斷出現多處裂紋，俄羅斯專家已決定今後在設計新發動機時將不再採用三聯葉片，而是採用雙聯葉片。由於單晶葉片在高溫下具有極為優異的綜合力學性能、組織穩定性和抗氧化腐蝕性能，製造難度也極高，目前只有歐美少數航空企業全面掌握其製備技術，並對我國進行著嚴密的技術封鎖，而雙聯單晶整體鑄造葉片技術難度更高。有資料顯示，大尺寸雙聯單晶導向葉片即使在國外也是屬於研製難度較高、合格率較低的一類單晶製件。

我國的單晶葉片技術雖然已在太行改進型，渦扇15等新一代發動機研製生產中得到初步應用，但國內在大尺寸雙聯單晶葉片製造技術的應用和研發方面基本處於空白狀態，目前還沒有成功應用的報道。與兩塊單體葉片通過焊接方法成為一個整體相比，雙聯整鑄葉片的可靠性更高，其承載能力可大幅提升，但也給葉片鑄造技術帶來了巨大的挑戰。公開資料稱，國產雙聯單晶葉片整體跨度達270毫米，模組高達380毫米，尺寸遠大於其他單晶產品，整個凝固過程至少需要2個小時，其複雜的雙聯結構導致溫度場的任何一個環節控制不當就會誘發雜晶，導致雙聯單晶葉片報廢。

面對這樣的機遇與挑戰，中國航發航材院創新團隊開展了產學研相結合的系列工作，在華中科技大學（原華中理工大學）開發的分析和優化鑄造工藝軟體——華鑄CAE的幫助下，通過多方案正交模擬計算，建立起第二代高溫合金單晶DD6 鑄件、型芯型殼材料、爐膛壁面、水冷環、結晶器、擋板的基礎熱物性參數庫，從而完成工藝條件量化控制與葉片製造工程化，首次完成了大尺寸雙聯單晶葉片的製造。該項成果不僅填補了國內大尺寸雙聯單晶葉片製造領域的技術空白，打破西方國家對我國單晶葉片的長期技術封鎖與進口限制，按節點保質保量地完成產品交付，還可對其他雙聯單晶葉片的鑄造工藝參數進行定量評價與指導，從而推動我國整個單晶葉片製造業的快速發展。

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