高涵道比渦扇發動機是商用飛機動力的主流之選。航空發動機是飛機動力裝置的主要組成部分,為飛機提供飛行所需動力。現代航空發動機主要有兩種:活塞發動機,常用于低速、小型、短程飛機;噴氣式發動機,常用于高速、大中型、中遠程飛機。其中,渦輪風扇發動機(Turbofan Engine)是燃氣渦輪式航空發動機的一種,其首級扇葉面積較渦輪噴氣發動機大很多,有部分吸入的空氣經由外涵道膨脹而提供推力。流過外涵道與流過內涵道的空氣質量流量之比稱為涵道比(Bypass ratio,BPR)。
推力與推重比是評價渦扇發動機性能的直接指標,單位燃油消耗率是評價發動機經濟性的重要指標。提高涵道比(加大風扇直徑)、提高總壓比(增加增壓壓氣機級數、提高壓氣機轉速、改進葉型設計)、提高燃燒溫度(改進渦輪葉片材料與涂層耐高溫性能)、降低重量(采用復合材料、采用空心與帶芯風扇葉片)有助于提高發動機的推力與推重比、降低耗油率,有助于更好地實現飛行性能與經濟性的平衡。這也是目前各大發動機廠商改進衍生型的重要途徑。
未來 20 年全球商用航發市場約 2.5 萬億美元。商用航空發動機市場主要由前市場(航空發動機制造/銷售/租賃)與后市場(航空發動機售后維修服務/MRO/O&M)兩大部分構成,后市場在整個市場中占比約 40%~50%。在一架全新的商用飛機上,航空發動機價值占比約 20%~25%;隨著機齡的增長,發動機剩余價值在整機價值中占比越來越高,末期可達 60%以上。另外,航空公司通常要留有部分備用發動機,備用航發數量約為安裝在飛機上的航發數量的 10%。
我國為何要獨立研制大涵道比渦扇發動機?大涵道比渦扇發動機指的是涵道比在 4 以上的渦扇發動機,主要為大型客機、軍用運輸機、加油機等提供動力。當今世界大涵道比渦扇發動機已經發展到第三代,涵道比達到 10~15,主流大涵道比渦扇發動機有 GEnX、Trent1000、PW1000G、LEAP 等。中國航發商發正在研制我國第一個具有完全自主知識產權的大涵道比渦扇發動機 CJ-1000,該產品目前進入試車階段,預計于 2022-2025 年完成適航取證。
航空發動機是工業制造的皇冠,具有極大的技術外溢作用。航空發動機,尤其是民用航空發動機需要在極其復雜和惡劣的條件下長時間穩定工作,包括高空、高溫、高壓、變速、變氣流、等,同時發動機本身要做到體積足夠小、重量足夠輕、熱效率足夠高,這對其中的零部件從材料、結構到制造和組裝工藝上都有極高的要求,是不同門類學科最尖端技術的集大成者。