短舱是啥?飞机发动机的防护罩,被垄断的尖端技术|发动机|短舱|飞机|整流罩|波音

飞机发动机这么精密又贵的机械,但凡磕碰一丢丢,都会影响飞行安全,没个好些的房子罩着可不行。

那这个罩着发动机的房子就是短舱了,它的工作内容是固定发动机、优化发动机气流和保护发动机免受外部损伤,确保发动机在各种使用环境和飞行状态下都能够正常工作。

这些功能的实现则需要由进气道、整流罩、反推装置、排气喷口等几个部位共同完成。

发动机进气道:航空发动机吸进空气的流道,属于飞机推进系统的主要部件之一,主要是为发动机提供一定品质的气流,通常按照飞行速度分为亚音速进气道和超音速进气道

整流罩:一方面调整气流,减少飞行阻力;另一方面,保护发动机被外物撞击的可能。整流罩脱落后,即使发动机可以正常运作,但飞行安全系数降低,为避免意外发生,飞机还是会选择返航。

反推装置:飞机降落时的减速装置,主要是借助发动机上的一些装置,改变喷射气流的方向,产生与推力方向相反的力来达到降落减速的目的。

尾喷气口:主流的可收敛尾喷气口。飞机起飞时,喷口收敛,出气时产生的推力更大,可以节约起飞距离;飞机降落时,喷口扩散,可以减弱出气时产生的推力,缩短滑行的距离。

作为飞机的核心装备之一,短舱这个保护核心部位正常运转的“房子”,也有着非同一般的地位。

短舱在飞机系统和市场中的地位

短舱属于航空关键部位

从作用上看,短舱是飞机核心装备——发动机的保护罩,也是飞机飞行的关键技术,它的设计制造关系到飞机性能、操作安全、系统可靠性、重量、成本等关键航空技术,属于被国外公司垄断的技术之一。

短舱需要覆盖发动机以降低飞行阻力;其进气道还具有防冰和除冰能力;在飞行中,需要保护发动机不受干扰和正常运行,降低噪音,保护发动机;在地面,需要方便发动机的维护和维修。

从造价成本上看,短舱技术制造成本约占发动机成本的1/4,有数据表明未来20年中国民用大中型航空发动机市场交易空间将会超过1.6万亿元,那么在未来20年内,短舱系统的交易空间将会是在4000亿元,这仅仅是在我们的国内市场。

就拿拥有自主产权的国产大飞机C919来说,它配置的发动机短舱采用的是奈赛公司研发的短舱系统,发动机短舱基本都要靠进口来满足。

而且随着短舱技术的提升,维修难度提高,其制造和维护成本也越来越高。

汉莎技术公司(Lufthansa Technik)曾公布一项数据,波音787发动机短舱成本比波音767发动机短舱高五倍,波音787发动机风扇整流罩门都是由里外成对的部件装配而成的,航司在考虑维修问题时就要存储更多的备件库存。

但我国在这一重要领域尚属空白,短舱技术在航空领域内也属于高尖端的被垄断的行业技术。

像新一代的大涵道比航空发动机短舱,主要由航空业顶级制造商美国古德里奇提供,还有奈赛公司两家占据了世界上绝大多数的发动机短舱市场。

那短舱系统的研发难在哪里呢?

短舱系统难在哪里

短舱是一套极为复杂的集成系统

短舱先要能够在能够在高温、高速、高压等极端条件限制的基础上,实现降低发动机噪音(内部垫片)、除冰防火防雷击、稳固支撑(机翼与发动机连接吊架载荷)、滑行减速(发推力装置)以及美化飞机等多项功能。基本上要实现要在热端部件环境下保证低温部件的正常工作技术。

性能、维修与成本之间的平衡

短舱不只是保护罩或者搭载平台,它还要考虑到反推装置的减速性能、发动机故障控制爆炸碎片、引气整流等等性能安全。

性能越好、安全系数越高,也就意味着维修难度、成本也就越大。所以设计时就需要综合考虑产品性能、制造成本以及维修成本(太贵了航司会选别家的),总是要牺牲一方面的。

就比如当下短舱越来越多的运用复合材料、增材制造等用料和工艺技术,高性能的材料在增加了维修复杂度。

发动机为了提升燃油效率增加风扇叶宽,短舱就要加大尺寸,随之就会增大所受的重量和阻力,既增加维修难度,又影响飞行效率。

复合材料丨增材制造丨在翼维修 提升性能又增加维修难度

平衡产品性能、制造成本以及维修运营成本也是短舱研发的难点之一。当然人员配置、重视程度、资金投入、技术实力、行业积累同样也是短舱技术的硬指标。

反推力装置

短舱成本是发动机成本的25%,而发推力成本则是短舱成本的50%。有效减速可以缩短飞机的滑跑距离,节约经济效益。

虽然反推力装置的作用原理并不复杂,但难就难在它的机械结构以及控制系统,对于结构和设计的要求性非常高。

这些都只是短舱制造的一部分,如何平衡性能与维修矛盾,寻求新的技术和解决方法是短舱技术的难点和重点。

技术垄断,研发周期漫长

就像之前所说的,短舱作为一个复杂的集成系统,从开发、生产再到供应都是一个非常漫长的过程。

早在17年的时候,空客公司就有考虑将A320neo客机的发动机短舱进行内部生产,并接手美国雷神科技公司的短舱生产业务。

但却于今年6月份时却对外宣布终止该计划,仍与雷神公司继续合作采购。

目前航空发动机以及短舱供应的市场大额被美国通用(GE)、普惠(PW)、罗罗(RR)、古德里奇(GR)、奈赛(Nexcelle)几家所占据。

尤其是古德里奇和奈赛,它们两家几乎占据了绝大部分的短舱市场,古德里奇都敢说他们的短舱可靠性能达到99.9%。

目前咱们还没有专门自主研发短舱的机构,但就像上文说的那样,短舱研发是一个需要时间沉淀的过程。

还是回到我们C919,其配套的CJ-1000A发动机是我国第一个具有完全自主知识产权、严格按照民航适航要求研制的大涵道比涡扇发动机,其总体性能瞄准当前国际上最先进的LEAP发动机。

但它仍是只有热力部件的“裸机”,以CJ-1000A为标本,为它研发一个适配的发动机短舱——把以此作为短舱研发与制造领域的开端,或许也是一个不错的选择。

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