发动机被卡导致推迟6年,如今中国支线客机采用国产发动机再次试飞 央视报道说,中国新舟700再次试飞了这飞机是咱们新一代的高速涡桨支线客机,定位是70座,专门跑中短途,特别适合高原和热的地方。 其实要不是加拿大断供中国发动机整整6年,新舟700早就投入市场了,现在我们试飞的,正是搭载了新一代国产涡桨发动机的全新新舟700。 大家可能不知道,涡桨发动机这东西搞起来,难度真不比涡扇发动机低。 被加拿大卡住发动机,中国自研涡桨发动机新舟700项目刚开始启动的时候,一就选了普惠加拿大公司的PW150C涡桨发动机,这台发动机在PW150系列上改进来的,技术非常成熟,之前在庞巴迪Q400上已经飞了几百万小时,可以说积累了非常多的数据,用这款发动机,适航认证就可以省很多的时间。 当时我们也是这样想的,装上进口发动机,快速推向市场,飞机原定2019年底首飞,2021年就能拉客运营。 这个时间表不激进,因为发动机本来就过了适航,我们的新舟700的取证流程和风险评估都是照着PW150C来做的。 2019年底,第一架机头机身都对接上了,静力试验机也拉去做测试了,项目到了最后总装阶段,那时候大家都觉得新舟700会在全球涡桨支线市场取得不错的成绩。 结果2020年3月,加拿大政府拿“国家安全审查”当理由,不让普惠加拿大把PW150C发动机交给中国,发动机都造好了,就扣在蒙特利尔。 没了发动机,首飞直接没法搞,总装线也停了,之前定好的供应商合同、航线验证计划全断了。 这之后就没办法,项目只能硬转到国产AEP400涡桨发动机上(也被叫做AEP500),可这个发动机当时还在研制。断供到现在六年多了,新舟700测试机还在对发动机做地面台架试验和调整试飞,还没进入适航取证的关键阶段。要是加拿大不单方面卡住供应链,用PW150C的新舟700早就天天飞航班了。 发动机被卡,商业计划打乱了,但反过来也逼着咱们,把涡桨发动机从头到尾的技术难关全加速攻关了一遍。 涡桨发动机跟涡扇发动机不一样,它要在很小的空间和重量内,把燃气发生器搞出来的高温高压燃气,通过减速齿轮箱,高效地变成螺旋桨的扭力,还得油耗低、可靠性高、维护成本扛得住。 高速螺旋桨的气动设计,是整个系统技术最难的的地方之一。螺旋桨叶尖速度一接近音速,叶尖那地方就会产生一种局部激波,阻力猛增,噪声也一下子上来了,厉害的时候螺旋桨效率能掉十几个百分点。 而螺旋桨又要在起飞时拉力够大,又要在巡航时飞得快,设计的人就得在桨叶的气动外形上搞好,这是整个发动机最难的地方之一。 高功率减速齿轮箱也是核心难题,它要连续承受几千马力的扭矩,把燃气发生器核心机每分钟上万转降速到螺旋桨的每分钟一千转左右,齿轮配合的精度、润滑冷却、长寿命这些要求,可以说非常高。 而且涡桨支线客机总飞短途,一天起降好多次,发动机热端部件冷热变化太厉害了,对发动机的消耗,可比长途干线飞机快多了。 而且这还有个更苛刻的条件是成本,支线航空利润很薄,发动机直接维修花多少钱、多长时间大修一次,直接影响航空公司是赚是赔,这就要求选材时不能随便用贵的高温合金,结构上要容易做孔探检查、方便换单元体,还不能牺牲性能或寿命。 要在这堆互相矛盾的要求里搞出一款合格产品,必须做大量整机试验来验证。 咱们原来的策略跟C919差不多,就是先用成熟进口发动机把飞机推向市场,早点把运营机队搞起来,积累航线数据,摊薄制造成本,同时推进国产发动机研发。 C919选了CFM国际公司的LEAP-1C发动机先飞着,国产CJ-1000A发动机同步搞研发和试飞,两条路互相不耽误。新舟700本来也是这么想的,让PW150C先把订单和交付撑起来,市场网络铺开,后面批次可以选装或换装国产AEP400,商业上不耽误,自己技术也慢慢成熟。 结果加拿大一断供,这个分步走的办法直接破产了了,新舟700从推向市场直接退回到发动机和飞机一起搞的地步,但好在我们团队成功了,AEP400涡桨发动机总算是造出来了。 实际上我们的新舟700在2022年就装上了国产AEP400涡桨发动机飞了,为什么到现在还在试飞。 大家得明白,换发动机根本不是换个零件那么简单。 换发动机,意味整个飞机要全部重新测试 AEP400是全新研制的型号,功率大约5000千瓦,不是从哪个现成涡桨发动机改出来的。它跟PW150C在进气流量、排气温度、外形尺寸、安装节位置、重心分布、控制系统架构、电源提取能力、附件传动布局这些方面全都不一样。 这差别就决定了换发动机不是拆旧换新,而是飞机本身要做大量改动。 发动机短舱的气动外形就得重新设计,吊挂结构和机翼连接的地方,要按新的发动机重量来重新算、重新进行加强,然后燃油、滑油、引气、防火、防冰这些系统的管路和线束怎么走,全得重新安排。 螺旋桨跟发动机效率匹配,也要重新调整桨叶的结构布局。飞控系统的控制律也必须照着新发动机重新开发。这个事差不多等于在机身大轮廓不变的情况下,把跟动力有关的系统重新搞了一遍方案和详细设计。 这样一来,要做的适航验证就不是补几项试验,而是整机层面重新来。 按运输类飞机适航标准,动力装置彻底换了,所有跟性能和操纵品质有关的条款,都得用新飞机构型重新证明合规。 AEP400本身就是全新发动机,必须先自己完成型号合格审定,包括持久试验、吞鸟、吞冰、包容性、振动和应力测试这些上百项试验,拿到发动机型号合格证之后,才能装上飞机开始飞机级试验。 飞机级试验覆盖起降性能、爬升、巡航、失速、抖振、操稳、防冰、电源匹配、电磁兼容这些大类。 具体测试环境要求有高原机场起飞着陆,高温高湿机场操作,高寒极低温冷浸起动,湿跑道和污染跑道中断起飞,单发失效后起飞越障和复飞梯度,大侧风起降,自然结冰条件下的操稳和推力表现,还有恶劣天气下导航和自动飞行系统功能。 每一个极端环境科目背后,都是大量试飞架次和数据分析。 光中断起飞这一项,就要在不同跑道状态、不同重量重心组合下反复测刹车能量、轮胎极限和防滞系统表现,拿到中止起飞距离和加速停止距离数据。 单发失效科目要求在全包线内验证最小操纵速度、推力不对称配平能力和飞行员工作负荷,不能出现控制不住姿态的情况。 一套完整的支线客机适航试飞程序,哪怕中间没碰到大设计更改,一般也要累积几百架次、上千飞行小时的试验数据。 咱们的ARJ21-700支线客机取证过程就能参考。ARJ21-700用的是GE公司CF34-10A涡扇发动机,取证的时候那发动机已经挺成熟了,就这,从2008年首飞到2014年拿型号合格证也花了六年,试飞期间跑遍了国内各种极端环境机场,还跑到加拿大去做了自然结冰试验。 新舟700不光是换了全新发动机,机身结构也是全新设计的,没有现成飞行数据库可以直接用,这两个因素加一起,验证周期肯定比那个时间还要长。 民机行业没有靠压缩试验科目来加快进度的门路。审定部门按适航条款一条条验收数据,数据不够就让你补试验,不能拿分析来代替,这是因为飞机要保证绝对安全。 一架支线客机设计寿命通常几万个飞行循环、几万飞行小时,运营环境从海平面到海拔四千米以上的高原机场,温差能跨将近一百度,飞在半路可能碰上极端颠簸、强结冰、火山灰这些风险。哪一项设计缺陷没验充分,都可能在某种条件组合下出事故。 所以,从发动机选型换完、飞机详细设计冻结开始算,到拿到型号合格证,正常流程最少要五年。这五年里包含至少两轮完整地面试验、改装调整和飞行试验迭代。AEP400自己取证的过程也会跟飞机级验证混在一起,这样实际总时间可能还要更长。 这么长时间,对咱们新舟700的打击是非常大的,加拿大一断供,新舟700从推向市场直接退回到发动机和飞机一块儿搞,商业窗口硬生生关上,原来签好的意向订单和合作备忘录都停在那了。 ATR 72-600和德哈维兰DHC-8-400趁这段时间接了大量替换机队和新航线的单,一些新兴市场支线机场已经围着西方机型建好了航材和维修体系,我们的新舟700想再进去,门槛明显高了。 但是新舟700一旦用国产发动机大批量生产,对中国的航空市场来说,价值照样很大。 新舟700投入运营,补全中国航空短板新舟60系列支线客机全部退出国内商业客运之后,中国民航在70座级涡桨飞机这块出现了实际市场空白。 这个吨位刚好卡在30座级通航飞行器和90座级喷气支线客机中间,干的是用低成本飞高温高原、短窄跑道和高频短途航线这些活。 新舟700作为中国唯一自己研制的70座级涡桨支线客机,直接把这个空给填上了,让中国民用飞机谱系补上了低成本、高适应性支线这一环,形成了从通航、支线到干线的完整序列。 没这个机型,碰到机场条件差的偏远航线,要么靠进口二手涡桨飞机,要么用喷气支线客机硬撑着飞,经济性和安全性都成问题。而且新舟700用了很多新技术,能帮着提高中国在全球支线飞机领域说话的份量。 新舟700头一次在涡桨支线客机上用全权限数字电传飞行控制系统。ATR 72和德哈维兰DHC-8-Q400同级别飞机还在用机械或液压操纵加一些助力系统,新舟700直接上电传,成了全球头一款用电传的涡桨支线客机。 电传飞控可以省掉了一部分机械传动部件,算下来能让飞机空重减掉几百公斤,这重量拿来多装货或多带油,直接变成了成本优势。 同时,有了主动控制,飞包线保护、阵风载荷减缓这些功能加进来,飞行品质和坐着舒服程度都改善了,飞行员负担也小了。 走这个技术路线,说明咱们在支线飞机设计上不满足于跟在别人后面追了,而是要自己定新一代机型的技术标准,这对提升咱们在国际上的技术话语权有好处。 另外,新舟700虽然在市场上错过了时间窗口,但在之前新舟60前前后后交了一百多架,出口到非洲、东南亚、拉美等二十多个国家,在老挝航空、尼泊尔航空、刚果(布)航空、赞比亚航空这些公司的机队里飞了很久,航线加起来几百条。 这些运营活动逼着咱们搭起了航材供应、维修培训、飞行员改装训练一整套服务体系,海外保障网络已经有了响应能力。 这些用户所在的地方,恰恰就是短跑道、高海拔、高温多尘、地面支持简陋的机场,每天飞好多个来回的支线连接全靠涡桨飞机扛着。 新舟60买着便宜、用着省钱,对烂跑道适应能力强,在这些市场攒下了用户黏性,这等于帮新舟700提前把信任门槛拉低了。 实际情况的确是这样,非洲、东南亚好多机场,跑道短、海拔高、设施差,就是需要支线客机。尼泊尔大部分短途机场跑道长度不到1500米,海拔超过1000米,夏天高温把密度高度推得更高,要求飞机在高原高温时载重不往下掉。 南非约翰内斯堡奥利弗·坦博国际机场海拔差不多1700米,热天更吃飞机性能。巴基斯坦北部高山区的机场也一样,需要动力足、短距起降能拿得下的飞机。 正因为这样,尼泊尔航空、巴基斯坦宁静航空、巴林国家航空这些公司,早在2015年到2019年之间就跟新舟700签了采购意向协议,加起来数量挺可观。要是加拿大没断供,这些订单足够让新舟700先占住这块细分市场。 不过现在也没事,配国产发动机的新舟700在不停试飞,等新舟700推到市场上,起码咱们不用担心再被人卡脖子了。
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