CFM:一代引擎的传奇

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  作为美国通用电气公司和法国斯奈克玛公司共同组建的平股合资公司,CFM国际公司被视为当代跨国企业合作共赢的典范。
  如今,已有超过28000台CFM56发动机交付全球550多家运营商,为超过12000架民用和军用飞机提供动力,累计飞行时间7.5亿小时,是最可靠的航空发动机之一。
  CFM国际公司的新一代利器--LEAP系列发动机,在研制阶段就已被空客A320neo、波音737MAX和国产大飞机C919选中,作为动力装置。截至2015年9月,LEAP系列发动机的订单数量已超过9550台,是在研发动机中订单数最多的。
  在CFM国际公司的发展过程中,大中华区,尤其中国市场是支撑其快速发展的重要市场之一。从1985年国航西南公司和东航云南公司首次引进装配CFM56-3发动机的波音737至今,CFM进入中国已经整整30年。
  30年间,CFM与中方的合作不断深入。2009年末,CFM与中国的合作关系达到了一个全新的高度,中国商飞公司选择了先进的LEAP-1C发动机为C919提供动力。2014年,CFM的两家母公司从中国采购了超过5亿美元的零部件。
  传奇的开端
  20世纪60年代,全球民用发动机市场被普惠、罗罗和通用电气三家公司把持,它们的市场份额分别达到92.4%、5.9%和1.7%。当时,由于戴高乐在军用装备方面推行独立自主政策,斯奈克玛在军用发动机研制方面已经颇有建树,先后研制出“阿塔”、M53和M88等多种军用发动机。但在民用飞机发动机领域,其市场占有率几乎为零。
  此时,通用电气公司虽然在TF39基础上发展了CF6-6和CF6-50两款产品,在宽体客机市场获得了可观的市场份额,但单通道飞机发动机市场几乎被普惠所垄断,当时的波音707和DC-8装配的都是JT3D发动机。
  尽管两家发动机制造商都已经意识到,高涵道比涡轮风扇发动机未来市场潜力巨大,但研制高涵道比涡扇发动机难度大,技术风险高。此外,当时研制一款推力在100千牛的发动机研制经费高达10亿~15亿美元,单独一家公司很难承受如此巨额的研制成本。
  经过艰苦的谈判后,1974年通用电气与斯奈克玛签订协议,双方成立平股合资公司CFM国际公司,共同研制新一代航空发动机。在母公司的支持下,CFM很快研发出中等推力、高涵道比的CFM56涡扇系列发动机,成就了航空领域的一段传奇。
  霸主的诞生
  1977年2月,首台CFM56发动机安装在麦道YC-15上进行了成功试飞,但接下来的销售情况却很不理想。在成立之后的近5年时间里,CFM没有得到一份订单。
  1980年,波音开始考虑为737客机进行一次全新升级,换装大推力高涵道比涡扇发动机,这对急于打开市场的CFM来说是一次难得的机遇。
  最初,波音选中的是罗罗与日本合作设计的F29发动机,这款发动机尺寸合理,推力强劲。为了能够得到波音的订单,CFM必须对已有的CFM56进行改进。有趣的是,虽然这是CFM56第一次进军双引擎市场,但其遇到的问题并不是推力不够,而是“身材太大”。
  由于737的传统设计只适用于中低涵道比发动机(这类发动机往往比较瘦长,直径较小),其机翼距离地面较低,因此,737的翼展之下容不下CFM56-3雍容的身姿。
  为了争取订单,CFM做出了一个极具风险的决定一一为CFM56“减肥”。一方面,减小了涡扇的尺寸,同时将发动机的附件、机械舱从正下方移到两侧,最终形成了经典的非圆形外壳设计。
  “瘦身”后的CFM56-3最终得到了波音的青睐,并成为波音737—300的唯一动力装置。后来,这一姻缘持续了整个737经典款(737-300,400,500)以及新一代737系列(737—600,700,800)。CFM56-3的非圆形外观设计也成为737的特色和可爱之处,给人们留下了深刻的印象。
  此后,CFM收获了来自空客公司的订单。空客公司早就有制造一架由法国设计、制造,并配备法国发动机的大型客机的想法,CFM56在737系列上的成功让空客看到了希望。而CFM56的欧洲血统,也第一次真正发挥了大作用。
  空客与CFM进行了紧密合作,成功设计了经典的空客A320单通道客机。与波音737一样,A320也有个庞大的家庭。由此,CFM56通过联姻737与A320这两大家族,逐步确立了在单通道民用航空发动机市场的霸主地位。
  全新的跨越
  随后,民机制造业又迎来了一个重要的发展阶段,波音计划推出下一代737,空客也当仁不让地对A320系列进行改进,两家飞机制造商不约而同地选择了对飞机进行换发。为了应对这一变革,2008年CFM决定推出CFM56系列的换代产品一一全新的LEAP发动机。
  借鉴GE90和GEnx的成功经验,LEAP发动机采用了复合材料宽弦风扇叶片,发动机的涵道比提高至11,高压压气机的压比从11提高到22,这些技术的运用对于降低油耗起到了非常重要的作用。
  此外,LEAP发动机在高压涡轮单元体上采用了CMC(陶瓷基复合材料),这是在商用飞机发动机上首次使用这种先进的材料。CMC相对于传统的金属可以使重量减少1/3,耐高温能力提高20%。
  凭借先进的技术和材料,LEAP发动机大获成功,737MAX和C919都选择LEAP发动机作为其唯一动力装置,A320neo也将其列为选装发动机。即便作为选装动力装置,在已订购A320neo飞机的客户中,LEAP发动机也获得了超过半数的订单。
  综观整个单通道客机市场,2010~2015年,波音737MAX、空客A320neo和C919,这3款新一代单通道客机占据了90%的订单份额。因此,根据已确定的飞机订单推算,LEAP发动机将为73%的单通道客机提供动力。在中国,2014年浙江长龙航空公司与CFM国际公司签署协议,为其9架空客A320neo飞机装配LEAP-1A发动机,由此成为LEAP-1A发动机在中国的启动用户。
  不仅是供应商
  根据英国《飞行国际》预测,未来20年,中国市场需要4200架单通道客机。以目前CFM在中国市场60%的占有率推算,未来CFM将每年向中国市场交付120~180台发动机。
  过去3年,CFM赢得了中国单通道飞机发动机市场的大部分订单。中国的低成本航空公司、新兴的民营航空公司以及新成立的地方航空公司均为其购买的单通道客机选用了CFM生产的发动机。
  大量的订单不仅取决于CFM成功的销售策略,更依赖于完整的售后支援、培训、供应链网络以及对中国航空业的持续投入。1996年,CFM在四川成立了航空发动机维修培训中心,为中国航空公司培训了近12000名学员;2006年,CFM在上海成立了全天候客户支援中心;2010年,CFM和国航在成都联合成立了四川国际航空发动机维修有限公司。
  通过中标备受关注的C919项目,CFM开启了与中国航空工业合作的新篇章。为C919提供动力的LEAP-1C发动机采用了业内首创的全集成推进系统(IPS)。中国商飞公司提供的发动机吊挂、奈赛公司开发的短舱和反推装置与LEAP-1C-起被设计为相互连接的整体系统,将实现更佳的空气动力学设计原理,重量更轻,更易于维护。
  目前,C919首架机已于近日总装下线,风洞试验、铁鸟试验、航电集成和电源系统测试都在顺利进行。为了配合C919的研制进度,CFM正在有条不紊地推进发动机的测试与取证工作。
  2014年末,首台LEAP1C发动机在经过改装的波音747飞行试验平台上成功完成了首飞。这次飞行测试项目包括发动机的操作性能、喘振裕度、排放和噪音指标等。截至目前,LEAP发动机已经累计进行了6150多小时的地面和飞行试验。
其他文献
在第十六届北京国际航空展览会上,中国商飞公司发布《2015-2034年民用飞机市场预测年报》(以下简称年报),对未来二十年全球和中国的民用飞机市场作出分析预测。年报预测,未来二十年,全球航空旅客周转量(RPK)将以平均每年4.7%的速度递增,预计将有37049架新机交付,价值约48235亿美元(以2014年目录价格为基础),用于替代和支持机队的发展。其中,涡扇支线客机的交付量约为4673架,价值超
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