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大風扇帶來推力奇迹:中國寬體機C929航發CJ2000跻身全球十大商發

作者:蓉城滄桑大叔

多年來,每當提及國産航空發動機,人們總會為中國與西方航發強國之間的巨大差距而扼腕歎息。然而,很多人不知道的是,在大陸一代又一代科研人員的不懈努力下,中國航發事業已經取得了令人矚目的成就。

如今,中國航發集團的生産規模已跻身全球前列,單就發動機年産量和總産量而言,僅次于美國的通用電氣公司,已超過了美國普惠公司,更是英國羅羅公司的三倍之多。這一成就足以證明大陸在航空發動機領域的強大實力。

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不僅如此,大陸積多年航發技術厚積薄發而成的一款高性能發動機——中國首款寬體客機C929的配套航發CJ2000,憑借其高達343.1千牛的推力,已跻身全球十大商用發動機之列。在研發進度方面,CJ2000的問世甚至比其配套的C929寬體客機還要早,成為大陸少有的發動機等飛機的喜人現象。

前不久,中國航發官方賬号就自豪地發文宣布,CJ2000發動機作為配裝雙通道遠端寬體客機C929的國産強勁“中國心”,直徑超過3米,能夠産生超過35000kgf,相當于35噸的強大起飛推力。同時還具有低燃油消耗、低排放、低噪音、高可靠性、長使用壽命和低維護成本等技術特點,在多個關鍵名額上超越了國外同類現役産品。

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可别小看這35噸的推力,在全球已經是鳳毛麟角的存在。從2024全球十大商用航空發動機清單上可以看到,超過CJ2000推力的僅有8款發動機,其中僅美國就有多達5款,不愧是航發第一強國。英國則有3款發動機推力比大陸的CJ2000大,均是勞斯萊斯公司的産品。

一般來說,大涵道比渦扇發動機的理論推力與風扇的面積成正比。對比這十款發動機,CJ2000的風扇直徑達到了119英寸,尺寸位列第三,僅次于通用電氣GE9X的134英寸和GE90-115B的128英寸。

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但CJ2000的推力卻僅位居第9名,多款通用電氣、勞斯萊斯、發動機聯盟和普惠的發動機風扇都比CJ2000更小,但推力卻更大。這種情況大機率是因為CJ2000的渦前溫度不夠高導緻。而渦前溫度是衡量發動機燃燒效率和熱力學性能的關鍵名額,它直接影響發動機的推力輸出。

在航空發動機設計中,提高渦前溫度可以增強推力,但同時也帶來了材料和加工技術的挑戰。CJ2000發動機的渦前溫度相對較低,可能是因為加工制造技術還有提升空間,以及燃燒室所采用的鎳基合金、钴基合金、陶瓷基複合材料等無法承受更高的溫度。

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然而,渦前溫度并不是唯一決定推力的因素。發動機的推力還受到風扇直徑、燃燒室效率、渦輪效率等因素的影響。

CJ2000發動機通過加大風扇直徑,增加了吸入的空氣量,進而提高了燃燒室的進氣流量和燃燒效率。這種辦法同樣有助于提高發動機的整體推力,即使是在渦前溫度相對較低的情況下。另外,風扇直徑的增加還可以改善發動機的燃油效率和噪音水準,進一步優化整體性能。

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随着中國材料工業和高端加工技術日新月異的進步,中國航發集團對CJ2000燃燒室和渦輪的結構設計進行優化後,将再次提升渦前溫度、燃燒效率和渦輪效率,完全可以達到第四大發動機——羅羅的遄達XWB-97的推力水準。以CJ2000現有風扇直徑,相對于XWB-97發動機,理論推力甚至可以提高26%,達到44.1噸。

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