近日，从在上海举办的2024涡轮技术博览会暨民用航空发动机与燃气轮机产业展览会上，传来一个消息，我国将自研民航客机发动机集成式短舱，包括反推装置等组件，并将应用到国产干线飞机和双通道宽体客机上。
在一架庞大的飞机上，航空发动机集成式短舱可能是飞机上最不起眼的部件之一。然而，就是这样一个看似普通的部件，实际上却代表了航空技术的极高成就。全世界能生产的国家寥寥无几，它也成为了体现航空工业实力的重要标志。那么，什么是航空发动机集成式短舱？它为何如此难以生产？我国在这一领域的发展情况如何呢？
航空发动机集成式短舱的定义与作用
在过去以螺旋桨为动力的时代，发动机通常是与机身或机翼融为一体的。全球航空动力进入喷气时代后，由于发动机要向后喷射高温气流，就只能以悬挂在机翼下方或后置于机身尾部等方式单独放置。
而包裹着发动机的圆柱形壳体就是短舱了，它的职能是安装并固定发动机，同时对发动机气流进行优化，并保护发动机不受外部损害，以确保发动机在各种运行环境和飞行条件下都能保持正常运作。通常，发动机短舱是指喷气式发动机的短舱，并不包含螺旋桨飞机发动机。
发动机集成式短舱，是指将发动机及其相关系统，如燃油供给系统、控制系统、反推装置等，集成在一个紧凑的舱体内。它不仅负责安装和固定发动机，还要为发动机提供必要的保护和优化气流条件。集成式短舱的设计直接关系到飞机的起降性能、燃油效率、噪音水平、可靠性和维护成本，甚至还与舒适性相关。同时，它还具有除冰防火防雷击，以及美化飞机等多项功能。
集成式短舱恶劣的工作环境
从外部温度从-60°C到内部温度高达600°C——是发动机短舱常态化的工作环境，在如此恶劣、严酷的运行场景中，发动机短舱需要承受数百度的温差、高速气流、巨大的负载，包括发动机推力以及外部和内部压力引起的波动。
集成式短舱的技术难度
高度集成的系统工程：集成式短舱要求将多个复杂的系统和零部件整合在一起，包括吊挂架、进气道、反推装置、排气喷口等，彼此之间能够高效协同工作，同时还要满足气动、重量、空间和热管理的严格要求。
反推装置：航空发动机集成式短舱中，反推装置的高可靠性是最大的技术难度之一。反推装置是一种用于飞机减速的重要装置，它通过改变发动机喷气方向，产生与飞机前进方向相反的推力，从而实现快速减速。在飞机着陆时，反推装置的作用尤为关键，它能够显著缩短着陆滑跑距离，提高着陆安全性。
其最大的难点是保证反推装置的高可靠性。反推装置需要在高循环寿命内保持工作的一致性，这要求组件具有极低的故障率和极高的工作稳定性。在长期的运行中，反推装置的性能退化要尽可能小，以确保飞机的安全和持续适航性。
在民航史上，因反推装置失效或错误工作造成的重大事故并不鲜见，这是因为反推装置在工作中会受到高温、高压、高速气流的冲击，因此需要使用高性能的材料，并且结构设计、制造工艺和结构的强度要能够承受这些极端条件。
材料科学和加工工艺：由于需要承受高温、高压和极端的气流条件，集成式短舱的材料必须具备高强度、轻重量、耐腐蚀和良好的热稳定性。同时，加工工艺也需要达到极高的精度，以确保组件的可靠性和耐用性。
防冰和除冰：结冰会严重影响进气道的气动性能，增加飞行阻力，降低发动机效率，甚至可能堵塞进气道，导致严重的安全事故。防冰技术主要采用热空气防冰、电热防冰等，除冰则主要采用电热除冰。防冰和除冰技术在确保飞行安全的同时，还需要考虑能源消耗、重量、可靠性、维护成本等因素。
气动优化：集成式短舱的外形和内部设计必须经过精心的气动优化，有的需要加装扰流片，有的则要在边缘设计成锯齿形，如波音787的发动机短舱。以减少气流阻力，降低噪音和提高发动机效率。
维护和维修：考虑到飞机的运营成本和维护便捷性，集成式短舱的设计不仅需要易于检查、维修和更换零部件，还要具备快速诊断故障和排错的能力，以确保在出现问题时能够迅速找到解决方案，减少飞机的停飞时间，提高航空公司的运营效率。
全球能生产集成式短舱的国家
能够生产航空发动机集成式短舱的国家寥寥无几，这是因为需要具备深厚的航空工业基础、强大的系统集成能力、丰富的工程经验和高水平的材料科学研究。目前，主要有美国、英国、法国等国家的航空发动机制造商能够生产集成式短舱。
正是由于航空发动机集成式短舱是涉及飞机飞行的关键性技术，它的设计和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，属于长期被国外公司垄断的技术之一，甚至被称为“工业皇冠上不起眼的明珠”也不为过。
我国在集成式短舱领域的发展
为了应对并克服航空发动机集成式短舱的技术挑战，我国航空工业进行了大量艰苦细致的基础研发工作，包括风动试验、工程模拟、测试验证、材料研究、控制系统设计等。同时，积极与航空公司、研究机构合作，共同推动集成式短舱的进步。
目前，我国在航空发动机集成式短舱领域的发展正在逐步推进。国内航空发动机制造商正在通过技术引进、自主研发和国际合作等方式，不断提高集成式短舱的设计和制造能力。虽然与国际先进水平相比仍有差距，但我国在这一领域的进步是有目共睹的，未来有望实现航空发动机集成式短舱的国产化和自主可控，并将运用到多款国产民机上。
