很多乘坐过国产大飞机的乘客发现C919在落地接触跑道时,引擎声音总会发生变化。伴随着一声低沉的轰鸣,机翼下的发动机开始机械动作,一个环形装置缓缓展开,就像是一只慢慢开口的巨大蚌壳,发动机排出的气流立即发生偏转,向斜前方喷射。同时,C919的滑跑速度也明显降低,原来这个装置就是国产大飞机独特的电动O型反推器。
可别小看了这个设备,C919正是在O型反推装置的帮助下,使得滑跑距离短了许多,滑行姿态也变得更平稳,大幅度减少了颠簸或摇摆。同时,也让C919的着陆变得更安全又高效,尤其是在雪雨天气时,O型反推装置能够提供更强的抓地力和更稳定的减速性能,有效应对湿滑跑道的挑战,极大地提升了飞行安全和乘客的舒适度。
遗憾的是,这个看似不起眼却又十分重要的O型反推装置,到目前为止,我国的航空工业尚不能实现自主生产。
作为IPS(Integrated Propulsion System)飞机综合推进系统的一部分,O型反推装置可以说是集成短舱里最重要的核心组件。它不仅负责在飞机着陆时提供必要的反向推力,而且与其它相关子系统,如燃油系统、润滑系统、控制系统等,共同组成IPS系统,从而实现更强的性能、更好的燃油效率和更高的可靠性。
在传统的航空发动机设计中,各个系统相对独立,它们通过复杂的接口和连接件相互连接。而在IPS中,这些系统将更加紧密地结合在一起,形成一个整体,这是O型反推装置的技术优势,也是设计和制造的难点。
在这一综合推进系统中,O型反推装置需要满足一系列严格的标准和要求,包括集成设计的高度兼容性、性能的深度优化、机械结构的精简、整体重量的显著降低、长期使用的耐久性、日常维护的便捷性以及整体可靠性的显著提升等多重苛刻条件。
目前,全球飞机发动机反推装置主要有以下几种类型:
1. 挡板型反推装置(也称为抓斗式或蚌壳式):通过打开挡板改变气流方向,产生反推力。
2. 叶栅式反推装置:通过叶栅将气流导向前方,产生反推力。
3. 折流门式反推装置:结合了挡板型和叶栅式的特点,通过一组可动的折流门控制气流方向。
4. 冷气流反推装置:仅适用于大涵道比涡扇发动机,通过堵死外涵道,使外涵道气流通过发动机整流罩侧壁的铰接门或反向叶栅向前排出。
O型反推装置与上述几种反推装置相比的优点有:
1 .结构紧凑:O型反推装置的设计通常比较紧凑,适合于空间有限的发动机布局。
2. 易于维护:由于其结构相对简单,因此维护起来较为方便。
3. 良好的气动性能:O型反推装置通常与发动机短舱融为一体,能提供良好的气动性能,反推效率较高。
4. 适应性强:O型反推装置可以适用于多种类型的发动机,包括小涵道比和大涵道比涡扇发动机。
工作原理:
O型反推装置的工作基于改变发动机排放气流的流向,以达到减速的目的。在飞机着陆时,反推装置启动,具体过程如下:
1. 反推启动:当飞机在空中飞行时是无法启动该装置的,只有飞机降落接触跑道后,阻气门机构在作动筒的推动下才会展开,挡住外涵道气流向后排出。
2. 气流转向:由于阻气门的阻挡,外涵道气流被导向格栅,并通过格栅向前排出。
3. 产生反推力:气流的前向排出产生了与飞机前进方向相反的推力,即反推力,从而使飞机减速。
4. 反推关闭:当飞机减速到一定程度,反推装置关闭,阻气门收起,恢复到正常飞行状态。
O型反推装置的构造,可以分为以下几个部分:
1. 外罩体结构:这是O型反推装置的外部结构,包括移动罩、格栅、滑轨、阻气门及机构、扭力盒等。这些部件共同构成了一个光滑的气动表面,并在反推时提供所需的机械运动。
2.内固定结构:位于外罩体结构的内部,其主要作用是保护发动机本体,并为发动机本体的维护提供通路。
3.阻气门:这是反推装置中的核心部件,用于在反推时挡住外涵道气流向后排出,使得气流通过格栅向前排出,产生反推力。
4. 作动筒:用于驱动反推装置的移动,实现反推力的开启和关闭。
O型反推装置的制造挑战主要集中于其对精度的高要求,这涉及到精细的加工技术和精确的尺寸控制。在材料选择方面,必须采用能够耐受高温和抵抗腐蚀的特种合金或复合材料,以适应发动机排气条件的苛刻性。
此外,O型反推装置还需具备较高的结构强度,以承受在着陆过程中产生的巨大机械载荷以及高温高速气流的作用。因此,其结构设计必须符合严格的工程标准,确保在极端环境下仍能保持结构完整性和功能性。
正是这些复杂的制造要求和昂贵的材料成本,使得O型反推装置不仅不易制造,价格也不便宜,其成本通常占据了发动机短舱总成本的一半甚至更多。以C919所搭载的LEAP-1C动力集成系统为例,其整体价格大约为1400万美元一套,而其中的短舱价格大约在350万美元左右,单个反推装置的成本则在175万到180万美元之间。因此,一架C919配备的两套反推装置的总价值就达到了大约360万美元。
由于我国目前并无O型反推装置的生产能力,故国产大飞机C919的发动机反推系统一直进口自美法合资的奈赛公司(nexcelle)。由赛峰短舱公司与中航飞机股份公司共同出资组建的西安赛威短舱公司,也只能为Nexcelle公司装配短舱及组件,能够生产的则是空客A320系列所用的CFM56发动机短舱反推装置的门。
自2024年4月以来,随着全国“先进航空起降制动系统技术联合实验室”成立,我国有望在产学研相结合的创新平台上自主研发出国产O型反推装置。这意味着国产反推技术已经迈出了实质性的步伐,并最终在未来应用于国产民机上,一句话——国产反推在路上了!