歐美多家龍頭航空企業(yè)合作開發(fā)混動及噴水加力渦扇發(fā)動機(jī)技術(shù)
11月29日，歐盟“潔凈航空”項(xiàng)目宣布，空客、MTU 航空發(fā)動機(jī)公司、普惠公司、柯林斯航空航天公司和 GKN 航空航天公司將合作開發(fā)用于未來客機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的混合動力和噴水加力渦扇發(fā)動機(jī)技術(shù)，該項(xiàng)目旨在提高燃油效率并減少短期和中期的二氧化碳排放量，中短程飛機(jī)最多有望減排25%。
包含混合動力的可持續(xù)噴水渦扇 (SWITCH) 項(xiàng)目將 MTU 主導(dǎo)的噴水加力渦扇 (WET) 和混合動力推進(jìn)技術(shù)與普惠公司的齒輪傳動渦扇 (GTF)發(fā)動機(jī)的現(xiàn)有架構(gòu)相結(jié)合，計(jì)劃中的動力總成將能使用可持續(xù)航空燃料 (SAF) ，并將為將來使用氫燃料做好準(zhǔn)備。
MTU公司的噴水加力渦扇發(fā)動機(jī)示意圖
英國政府的研究與創(chuàng)新 機(jī)構(gòu) (UKRI)也將參與該項(xiàng)目，來自歐盟和英國的政府資金將達(dá)到數(shù)千萬歐元。該項(xiàng)目還將得到其他幾家未具名的航空航天公司以及來自美國和 10 個歐洲國家的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的支持，包括希臘塞薩洛尼基亞里士多德大學(xué)、瑞典查爾姆斯理工大學(xué)、德國斯圖加特大學(xué)和 德國航空航天中心（DLR） ?！皾崈艉娇铡表?xiàng)目是由歐盟、歐洲航空航天業(yè)和各研究機(jī)構(gòu)共同資助的公私合作伙伴關(guān)系計(jì)劃（PPP），是歐盟制定的到 2050 年實(shí)現(xiàn)航空運(yùn)輸業(yè)凈零排放的廣泛努力的一部分，截至今年9月，9月27日，該項(xiàng)目已經(jīng)批準(zhǔn)為20個可持續(xù)航空項(xiàng)目提供超過7億歐元的研發(fā)資金，詳見：歐盟為20個可持續(xù)航空項(xiàng)目撥款7億歐元
本次研發(fā)項(xiàng)目的第一階段工作將到2025年底，包括測試齒輪傳動渦扇的混合動力技術(shù)，以及設(shè)計(jì)和測試 WET 技術(shù)并將其與動力系統(tǒng)集成。如果這些工作取得了預(yù)期的結(jié)果，該項(xiàng)目將尋求資金用于進(jìn)一步的工作，使推進(jìn)系統(tǒng)更接近于在尚未指定的機(jī)型上投入應(yīng)用。
WET 概念從發(fā)動機(jī)排氣中回收水蒸氣，將其重新注入燃燒室。MTU 表示這將提高燃油效率，并將一氧化二氮 (NOx) 排放量減少 80%，并通過沖洗掉發(fā)動機(jī)中的積灰來減少尾跡形成的排放量。MTU 正在開發(fā)該系統(tǒng)的汽輪機(jī)和水回收裝置，普惠公司將提供蒸汽噴射燃燒器，以與 GKN 的汽化器和柯林斯公司的冷凝器相整合。
MTU 負(fù)責(zé)技術(shù)和工程的高級副總裁克勞斯·里格勒 (Claus Riegler) 表示，合作伙伴的目標(biāo)是在第 1 階段結(jié)束時使系統(tǒng)達(dá)到技術(shù)就緒級別 (TRL) 4，在預(yù)期的第 2 階段工作的目標(biāo)是到 2029年達(dá)到 TRL 6級也就是商用階段。
根據(jù) Riegler 的說法，該計(jì)劃的主要挑戰(zhàn)之一是平衡GTF發(fā)動機(jī)改造后的預(yù)期重量增加與功率效率和燃料消耗的整體改進(jìn)。MTU 預(yù)計(jì)，添加 WET 技術(shù)將使每臺渦扇發(fā)動機(jī)的重量增加 50%。MTU 將與其合作伙伴合作，尋找一種將發(fā)動機(jī)集成到飛機(jī)機(jī)翼中的新方法，這樣重量的增加就可以通過特定油耗的增加來彌補(bǔ)。這家德國公司也在研究氫推進(jìn)技術(shù)。
對于空客來說，GTF 的混合動力型號可用于全新的飛機(jī)設(shè)計(jì)?？湛偷碾姎饣鞴?Karim Mokaddem 說：“[SWITCH] 的目標(biāo)是探索混合動力電動的實(shí)現(xiàn)方法并確保其優(yōu)勢。目標(biāo)是在 2030 年或 2035 年之前投入使用，現(xiàn)在就著手評估效益并確保這些可以從飛機(jī)級別的系統(tǒng)架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)是很重要的。”
根據(jù)其零排放計(jì)劃，空客公司2020年發(fā)布了雄心勃勃的氫動力飛機(jī)計(jì)劃，計(jì)劃 2024年確定機(jī)型選型，2025 年開始制造技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，詳見：空客公布零排放戰(zhàn)略及氫能新機(jī)型設(shè)計(jì)
GTF 的混合動力版本將使用由普惠公司下屬的柯林斯開發(fā)的動力總成，將包括兆瓦級電機(jī)，以及電力電子、高壓直流配電和保護(hù)、熱管理組件，以及一個容納這些組件的新機(jī)艙。
據(jù)該公司應(yīng)用研究和技術(shù)副總裁 Mary Lombardo 稱，合作伙伴的目標(biāo)是準(zhǔn)備在柯林斯位于伊利諾伊州羅克福德的新電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室展示集成動力系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)室將于 2023 年開放，名為 The Grid 。柯林斯對 SWITCH 項(xiàng)目的貢獻(xiàn)將包括這家總部位于美國的集團(tuán)在法國、德國、意大利、愛爾蘭和英國的設(shè)施。
GKN 將幫助開發(fā)混合動力版 GTF 所需的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，包括集成電機(jī)和熱交換器。SWITCH 團(tuán)隊(duì)在瑞典的全球技術(shù)中心副總裁 Henrik Runnemalm 表示，SWITCH 團(tuán)隊(duì)將可以使用其在特羅爾海坦的“熱”測試臺，其在荷蘭的福克子公司將提供高壓電線。
文章轉(zhuǎn)載自：航空之家 歐美多家龍頭航空企業(yè)合作開發(fā)混動及噴水加力渦扇發(fā)動機(jī)技術(shù)
