在所有關(guān)于電動和混動等新概念推進(jìn)系統(tǒng)的討論中吹迎，人們很容易認(rèn)為燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)將逐漸被取代奖唯。但隨著航空業(yè)為實(shí)現(xiàn)零碳目標(biāo)而采取的多種舉措表明，由于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)具有較高的功率密度辟灰，并且在未來將使用可再生航空燃料（SAF）甚至氫氣為燃料以實(shí)現(xiàn)脫碳的目標(biāo)，渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)制造商正進(jìn)入一個新技術(shù)發(fā)展時代篡石，從而保證了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在未來的關(guān)鍵作用芥喇。從更大的涵道比和更小的核心機(jī)到新的燃料和混合動力，新技術(shù)的發(fā)展甚至比該行業(yè)在上世紀(jì)70年代石油危機(jī)后的各項改進(jìn)更引人注目夏志。

CFM國際公司在2021年透露了為2030年代的下一代客機(jī)研究一種開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的計劃乃坤。可持續(xù)發(fā)動機(jī)革新（RISE）計劃的目標(biāo)是兰吁，與目前的發(fā)動機(jī)相比驼吓，減少20%的燃料消耗和二氧化碳排放，并在20,000~35,000磅（9071~15875千克）推力的級別上成為目前Leap 1發(fā)動機(jī)的繼任者。

演示項目的工作將在2022年進(jìn)一步加強(qiáng)配赊，以開發(fā)一個單級的母卵、齒輪驅(qū)動的風(fēng)扇，并在風(fēng)扇后部配置主動定子积苞。該計劃預(yù)計在2025年左右進(jìn)行飛行試驗(yàn)慈柑，包括一套顛覆性的技術(shù)，如新的燃燒室設(shè)計这疟，以確保未來與SAF和液氫的兼容性菱计，還包括整合電機(jī)和啟動發(fā)電機(jī)以適應(yīng)混合動力。除了這些特點(diǎn)虹婿，RISE計劃還包括測試和開發(fā)一個小型核心機(jī)壤生，以提高熱效率，以及一個換熱系統(tǒng)朝刊，用廢氣預(yù)熱燃燒空氣耀里。同時還將使用先進(jìn)的材料，如熱端的陶瓷基復(fù)合材料（CMC）和樹脂轉(zhuǎn)移成型的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片拾氓。

圖：CFM56渦扇發(fā)動機(jī)

同時冯挎，普惠公司正在進(jìn)行GTF Advantage發(fā)動機(jī)的開發(fā)，這將為更大的飛機(jī)（如空客A321XLR）提供額外的發(fā)動機(jī)選項咙鞍，同時保持在翼時間房官。改進(jìn)后的發(fā)動機(jī)自2021年3月以來一直在普惠公司的波音747SP飛行試驗(yàn)臺上進(jìn)行飛行測試，并將于2023年獲得認(rèn)證奶陈，計劃于2024年1月開始在空客A320neo系列上使用易阳。

在此之后，普惠公司正在研究對GTF進(jìn)行更加雄心勃勃的升級吃粒，這些升級圍繞著三個主要的舉措：混合電動運(yùn)營的適應(yīng)性潦俺，提高熱力學(xué)性能和改善推進(jìn)效率。該公司正在積極研究將發(fā)動機(jī)發(fā)展成并聯(lián)式渦輪電力混合動力的計劃徐勃，這將涉及到整合安裝在發(fā)動機(jī)高壓軸上的啟動發(fā)電機(jī)和低壓軸上的發(fā)電機(jī)事示。發(fā)動機(jī)熱效率將隨著材料與核心機(jī)設(shè)計的改進(jìn)而不斷提升，而推進(jìn)效率的改進(jìn)將主要集中于GTF發(fā)動機(jī)較短的進(jìn)氣道設(shè)計益侨，這將有助于減輕重量和減少阻力暇寸。

圖：普惠GTF渦扇發(fā)動機(jī)

羅羅公司將在2022年開始測試其全尺寸的UltraFan演示樣機(jī)，并強(qiáng)調(diào)了其齒輪風(fēng)扇概念的可擴(kuò)展性积碍，可以涵蓋單通道和雙通道客機(jī)的需求庸磅。羅羅公司還重建了Advance3演示器以驗(yàn)證UltraFan新的高壓核心機(jī)，并計劃于2022年進(jìn)入UltraFan核心機(jī)的第二個主要測試階段蚌斑。

除了這些目前的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展奋完，發(fā)動機(jī)制造商正在與研究機(jī)構(gòu)宽藏、飛機(jī)制造商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)合作，以確定下一代更可持續(xù)推進(jìn)系統(tǒng)的技術(shù)路徑淫兑。SAF的廣泛開發(fā)和使用將為這些未來系統(tǒng)提供短期的橋梁闺撩，但更長遠(yuǎn)的愿景還包括更多的電力、混合電力和氫動力的概念二谤。

所有的發(fā)動機(jī)制造商現(xiàn)在都在與飛機(jī)制造商娩鬼、研究人員和操作人員進(jìn)行SAF的項目合作，以期實(shí)現(xiàn)100%使用SAF燃料继射，并促進(jìn)SAF的全面生產(chǎn)計劃佣盒。2021年12月，美國聯(lián)合航空公司與GE合作侥涵，在一架波音737-8飛機(jī)上沼撕，由一臺發(fā)動機(jī)使用傳統(tǒng)燃料宋雏，另一臺發(fā)動機(jī)使用100%的SAF進(jìn)行了飛行試驗(yàn)芜飘。目前，在飛機(jī)上使用的SAF比例限制在50%磨总，因?yàn)檫@種燃料缺乏常規(guī)噴氣燃料中的芳香烴嗦明，而這些碳?xì)浠衔锸菨M足現(xiàn)有燃料規(guī)格所必需的。

與此同時蚪燕，根據(jù)11月宣布的一項協(xié)議娶牌，普惠公司正在與巴西航空工業(yè)公司（Embraer）合作，在2022年對配裝PW1900G發(fā)動機(jī)的E195-E2進(jìn)行100%的SAF飛行測試馆纳。普惠公司表示诗良，最近披露的GTF Advantage發(fā)動機(jī)已被設(shè)計為從2024年服役開始就使用100%的SAF。

羅羅將在UltraFan發(fā)動機(jī)上測試SAF鲁驶，并承諾到2023年將所有的遄達(dá)系列發(fā)動機(jī)與100%的SAF兼容鉴裹。2021年早些時候，空客在其747-400飛行試驗(yàn)臺上以100%的HEFA為燃料憾顿，進(jìn)行了遄達(dá)XWB發(fā)動機(jī)的飛行試驗(yàn)窜抽；今年10月，又對遄達(dá)1000發(fā)動機(jī)進(jìn)行了100%HEFA的飛行試驗(yàn)豺研。根據(jù)ECLIF3與德國航空中心DLR和SAF生產(chǎn)商N(yùn)este進(jìn)行的研究髓无，空客的飛行結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的噴氣燃料相比允逝，替代燃料的顆粒物排放更少沫十、能量更高。

圖：羅羅Trent 1000渦扇發(fā)動機(jī)

在歐洲宵绒，作為其2020年公布的零排放飛機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略的一部分建淘，空客將在2022年繼續(xù)完善下一個單通道客機(jī)的設(shè)計及其動力系統(tǒng)的發(fā)展路線织刹。盡管發(fā)動機(jī)制造商正在研究評估燃燒室和燃料系統(tǒng)是否能夠使用液氫和氣態(tài)氫，但整個行業(yè)的焦點(diǎn)都集中在一個更大的問題上化团，即氫燃料生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施是否能夠支持空客在本世紀(jì)30年代末期將氫動力飛機(jī)投入使用的目標(biāo)佛岛。

液氫似乎正逐漸成為英國政府支持的FlyZero項目中首選的未來可持續(xù)燃料——該項目是由航空航天技術(shù)研究所（Aerospace Technology Institute）進(jìn)行的一項研究，目標(biāo)是到2030年實(shí)現(xiàn)零碳排放的商業(yè)航空旅行辐荷。該項目的成果將于2022年初公布键袱，預(yù)計將包括支線客機(jī)、單通道客機(jī)和中型客機(jī)的概念設(shè)計以及技術(shù)路線圖摹闽、市場經(jīng)濟(jì)報告和可持續(xù)性評估蹄咖。

FlyZero發(fā)布的最新的、也是最大的一款中型概念飛機(jī)付鹿，由一對以液氫為燃料的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)提供動力澜汤，能夠搭載279名乘客飛越5250海里（9723千米）的航線度姑。這項研究已經(jīng)確定了多種樣式的機(jī)體結(jié)構(gòu)弟茸、系統(tǒng)和推進(jìn)技術(shù)，以及用于加注燃料的基礎(chǔ)設(shè)施和地面設(shè)備钠导，其中包括不帶燃料箱的機(jī)翼設(shè)計坐梯、低溫氫氣罐和燃料系統(tǒng)徽诲、燃料電池、電力系統(tǒng)和以氫氣為燃料的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)吵血。

圖：空客氫能源概念飛機(jī)

美國航空航天局（NASA）可持續(xù)飛行國家伙伴關(guān)系（SFNP）正在進(jìn)行類似的工作谎替，以在2050年將航空碳排放比2005年減少一半。作為SFNP的一部分蹋辅，NASA還啟動了混合熱效率核心機(jī)（HyTEC）項目阅权，以開發(fā)具有更小核心和更高旁路比的未來噴氣發(fā)動機(jī)。HyTEC項目的目標(biāo)是比當(dāng)前的渦扇發(fā)動機(jī)降低5%~10%的燃油消耗挥疲，并希望發(fā)動機(jī)的功率提取從目前的5%提高到20%啸需，從而為飛機(jī)系統(tǒng)提供更多的電能。HyTEC項目分為兩個主要階段搓捅，目標(biāo)是在2026年運(yùn)行一個演示用核心機(jī)跛拌。

根據(jù)今年10月授予的一系列HyTEC合同，通用航空和普惠公司目前正在與美國航天局合作铆性，開發(fā)先進(jìn)機(jī)匣處理和先進(jìn)設(shè)計却痴，使其具有更小部件和更緊密的間隙，并使小型核心機(jī)壓氣機(jī)能夠保持可操作性跨溺，同時優(yōu)化性能和效率漩判；通過開發(fā)先進(jìn)的葉片和冷卻設(shè)計以及空氣動力學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)更高效的渦輪運(yùn)行惩投；開發(fā)用于燃燒室的陶瓷基復(fù)合材料（CMC）內(nèi)襯摘沥，以提高性能和耐用性幼健；為渦輪葉片開發(fā)CMC和環(huán)境屏障涂層（EBC），以提高渦輪溫度和效率熊镣。

NASA已經(jīng)啟動了電推進(jìn)飛行示范系統(tǒng)（EPFD）卑雁，作為兆瓦級電氣化飛機(jī)推進(jìn)（EAP）技術(shù)計劃的一部分，2021年10月绪囱，NASA將EPFD合同授予通用航空和MagniX公司测蹲，包括未來三年內(nèi)的地面和飛行演示。根據(jù)價值1.79億美元的合同鬼吵，通用航空將生產(chǎn)單通道級別的示范動力系統(tǒng)扣甲，預(yù)計總功率約為1.5兆瓦。根據(jù)7430萬美元的合同齿椅，MagniX將開發(fā)一套500千瓦的系統(tǒng)琉挖，適用于19座的支線飛機(jī)。

來源：中國航空報

（中國航空報）

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