新一代窄體客機(jī)必將需要革命性的新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)
近日，CFM國(guó)際公司宣布推出新一代的開(kāi)式風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證項(xiàng)目RISE，作為其窄體客機(jī)動(dòng)力LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的繼承者，并承諾在LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上再帶來(lái)20%效率的提升，給航空界帶來(lái)了不少的轟動(dòng)。近日， GE中國(guó)總裁兼GE航空集團(tuán)大中華區(qū)總裁、CFM大中華區(qū)總裁向偉明先生對(duì)RISE項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，下面是兩機(jī)動(dòng)力控制小編帶來(lái)的專訪。
RISE項(xiàng)目背景：減排脫碳
近年來(lái)，全球氣候問(wèn)題越來(lái)越成為社會(huì)熱議與關(guān)注的焦點(diǎn)，由之帶來(lái)的全球性影響正促使各行各業(yè)加快減少碳排放的步伐。航空業(yè)作為目前增長(zhǎng)最快的運(yùn)輸行業(yè)，正式提出了“到2050年，二氧化碳排放量減至2005年的一半”的承諾。
前幾日，GE公司也做出了承諾：2030年實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)營(yíng)碳中和，力爭(zhēng)2050年成為范疇3（其他間接排放）凈零公司，投入能促進(jìn)全球脫碳和可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)
新技術(shù)。
在此背景下，6月14日，兩大航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)袖，GE集團(tuán)與賽峰集團(tuán)不僅將雙方基于CFM的合作關(guān)系延長(zhǎng)到了2050年，還正式宣布了雙方為致力于實(shí)現(xiàn)航空業(yè)減排承諾而共同啟動(dòng)了一項(xiàng)突破性的技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目——CFM的RISE技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目。
值得聲明的是，RISE并不是指下一代發(fā)動(dòng)機(jī)的具體型號(hào)，而是一個(gè)催生下一代發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)的驗(yàn)證項(xiàng)目，通過(guò)未來(lái)十年驗(yàn)證一系列的全新顛覆性技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)較現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)減少20%以上的油耗和碳排放，并與100%可持續(xù)航空燃油和氫等替代能源兼容，同時(shí)這些新研技術(shù)也可以應(yīng)用到現(xiàn)役的LEAP等發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)改進(jìn)上，產(chǎn)生更高的可持續(xù)效益。
據(jù)向偉明先生介紹，RISE項(xiàng)目至少涉及混合動(dòng)力、復(fù)合材料風(fēng)扇葉片、增材制造，以及300多個(gè)獨(dú)立的組件、模塊和完整的發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證。該項(xiàng)目驗(yàn)證機(jī)計(jì)劃將于本世紀(jì)20年代中期試驗(yàn)，并最終根據(jù)關(guān)鍵技術(shù)的成熟度，其定型型號(hào)在2030年代中期正式投入使用。
RISE項(xiàng)目擬驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)。
RISE項(xiàng)目的核心：開(kāi)式風(fēng)扇架構(gòu)
開(kāi)式風(fēng)扇架構(gòu)不同于之前的任何民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)，為發(fā)動(dòng)機(jī)總體架構(gòu)帶來(lái)了革命性的改變，但也被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是一種激進(jìn)的技術(shù)路線，畢竟之前客機(jī)動(dòng)力市場(chǎng)上還沒(méi)有過(guò)這種產(chǎn)品正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。
向偉明先生表示，CFM國(guó)際公司的專家已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了充分的論證，認(rèn)為開(kāi)式風(fēng)扇架構(gòu)是未來(lái)航空動(dòng)力最高效且最具有可持續(xù)性的選擇之一。首先縱觀航空推進(jìn)系統(tǒng)的演進(jìn)歷史，支持更大尺寸風(fēng)扇和更高涵道比的新技術(shù)是實(shí)現(xiàn)效率突破的關(guān)鍵所在，而開(kāi)式風(fēng)扇避免了風(fēng)扇的物理尺寸受到風(fēng)扇機(jī)匣的約束。其次，CFM國(guó)際公司選擇聚焦窄體客機(jī)動(dòng)力，使得開(kāi)式風(fēng)扇的葉片尺寸又不必過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)使用復(fù)合材料來(lái)制造風(fēng)扇葉片。最后，就是賽峰和CFM國(guó)際公司在開(kāi)式風(fēng)扇上的數(shù)十年來(lái)的技術(shù)沉淀。
20世紀(jì)80年代以來(lái)，CFM國(guó)際公司就始終致力于推動(dòng)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)及其技術(shù)的研發(fā)，不斷挑戰(zhàn)創(chuàng)新極限，在可靠性、利用率、減排和總體擁有成本等方面為客戶創(chuàng)造最大化的價(jià)值，促進(jìn)了行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。過(guò)去40年里，憑借持續(xù)的技術(shù)突破，CFM發(fā)動(dòng)機(jī)已在油耗和碳排放上較上一代發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)減少了40%。
在上世紀(jì)80年代，GE公司攜手賽峰集團(tuán)合作研發(fā)的GE36無(wú)涵道發(fā)動(dòng)機(jī)(UDF)誕生，然而，由于之后石油價(jià)格的大幅下跌，客戶興趣減弱，以及受當(dāng)時(shí)技術(shù)限制無(wú)法達(dá)到可接受的噪音水平等種種因素，GE36未能正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。
2017年，由賽峰集團(tuán)聯(lián)合GE的Avio Aero公司合作研發(fā)出的反向旋轉(zhuǎn)開(kāi)式轉(zhuǎn)子(CROR)發(fā)動(dòng)機(jī)，與如今的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，CROR無(wú)論是在油耗還是碳排放方面的改進(jìn)都十分顯著，開(kāi)式風(fēng)扇架構(gòu)得到了進(jìn)一步的完善與發(fā)展。
混合動(dòng)力在窄體客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的首次應(yīng)用
除了開(kāi)式風(fēng)扇架構(gòu)以外，RISE 項(xiàng)目還將涵蓋混合動(dòng)力的研發(fā)，通過(guò)集成燃?xì)廨啓C(jī)和電動(dòng)馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)類似汽車行業(yè)的混合電動(dòng)，這是實(shí)現(xiàn)降低航空運(yùn)輸碳排放目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
如果這項(xiàng)技術(shù)能夠成功實(shí)施，CFM公司將有望成為首家在單通道飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域引入混合動(dòng)力的公司。
從RISE 項(xiàng)目的介紹資料來(lái)看，這個(gè)可能涉及關(guān)鍵的大功率嵌入式發(fā)電機(jī)技術(shù)，具有極大的挑戰(zhàn)。
向偉明先生也坦承，目前還沒(méi)有這方向詳細(xì)的技術(shù)信息可供披露，但是GE和賽峰集團(tuán)具備在電氣工程、制造、配電和發(fā)電以及先進(jìn)材料研究方面的全球性領(lǐng)先經(jīng)驗(yàn)，并且在投入使用前還有10余年的研發(fā)驗(yàn)證時(shí)間來(lái)完善混合動(dòng)力方案。
可持續(xù)航空燃料(SAF)和氫燃料
為確保新一代發(fā)動(dòng)機(jī)與可持續(xù)航空燃料(SAF)和氫能源的兼容，RISE項(xiàng)目小組還將攜手業(yè)界伙伴，加速推動(dòng)100%可再生航空燃料的認(rèn)證與使用。
自2006年以來(lái)，CFM國(guó)際公司已在眾多地面和飛行試驗(yàn)中使用可持續(xù)航空燃料，其客戶已經(jīng)使用目前批準(zhǔn)的SAF混合燃料進(jìn)行了數(shù)十萬(wàn)次商業(yè)飛行
作為RISE技術(shù)項(xiàng)目的一部分，工程小組將研發(fā)100%使用可持續(xù)航空燃料（SAF）和氫能源的可行性。
一旦這些100% SAF能源得到航空管理部門(mén)的批準(zhǔn)，CFM國(guó)際公司今后研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)都將與此類燃料兼容。
此外，為確保新一代發(fā)動(dòng)機(jī)與可持續(xù)航空燃料(SAF)和氫能源的兼容，RISE項(xiàng)目小組還將攜手業(yè)界伙伴，加速推動(dòng)100%可再生航空燃料的認(rèn)證與使用。
發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)集成
飛機(jī)制造是項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程。下一代開(kāi)式風(fēng)扇架構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)可采用高翼吊、低翼吊或尾吊三種形式與飛機(jī)進(jìn)行整合。
如果按照目前的飛機(jī)設(shè)計(jì)方案，采取高翼吊安裝，則噪聲可能會(huì)急劇增大，這就可能需要在飛機(jī)上增加額外的消音裝置；采取低翼吊安裝，則需要更大的起落架；如果安裝在機(jī)身后部，則要求的機(jī)身進(jìn)行特別加強(qiáng)，這都會(huì)增加結(jié)構(gòu)重量。
因此，這種新型設(shè)計(jì)必須與飛機(jī)制造商進(jìn)行更緊密的合作，才能充分優(yōu)化先進(jìn)架構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)后的性能。這將對(duì)飛發(fā)協(xié)調(diào)、甚至發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)營(yíng)和維修整個(gè)體系都帶來(lái)巨大的改變。
向偉明先生解釋稱，CFM國(guó)際公司對(duì)未來(lái)航空的預(yù)測(cè)是必將革命性的改變，要實(shí)現(xiàn)航空業(yè)脫碳的目標(biāo)，下一代的飛機(jī)必然是革命性的全新設(shè)計(jì)，如果進(jìn)隊(duì)現(xiàn)有機(jī)型作改良或換發(fā)是很難實(shí)現(xiàn)這樣跨越式的減碳目標(biāo)的。因此CFM國(guó)際公司提前啟動(dòng)，確保下一代的飛機(jī)研制的時(shí)候，下一代發(fā)動(dòng)機(jī)也已經(jīng)就緒。
小結(jié)
總之，未來(lái)航空業(yè)的進(jìn)步也將更加依賴整個(gè)航空生態(tài)鏈的密切合作。如今，GE航空集團(tuán)已同全球各國(guó)建立了牢固的合作伙伴關(guān)系，攜手美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）和美國(guó)航空航天局（NASA），通過(guò)CLEEN計(jì)劃（即持續(xù)降低能耗、排放和噪音計(jì)劃）推動(dòng)可持續(xù)航空技術(shù)的研發(fā)。賽峰集團(tuán)也與Avio Aero公司一同參與了歐洲清潔航空研發(fā)項(xiàng)目，共同致力于推動(dòng)實(shí)現(xiàn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。
在航空業(yè)處于轉(zhuǎn)型發(fā)展關(guān)鍵期的今天，深諳創(chuàng)新之道的CFM堅(jiān)定地將目光投向了未來(lái)，推出RISE技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目。未來(lái)，當(dāng)凝聚著技術(shù)突破與創(chuàng)新的新一代發(fā)動(dòng)機(jī)飛向藍(lán)天之時(shí)，相信生生不息的航空探索精神也將再次助力航空業(yè)續(xù)寫(xiě)新章。
