历史军事民機發動機技術2019年發展回望

Posted 2022-11-28 公司

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历史军事民機發動機技術2019年發展回望

中國航空報訊：2019年，世界民機發動機呈現出穩中有新的發展特點。世界主要民機發動機製造商在傳統發動機技術和產品方面不斷推進，民機發動機領域一個顯著的變化是，混合電推進技術成為民用航空，特別是支線和通航領域的研究熱點，世界多國提出了多種混合電推進方案。
GE9X發動機完成全部飛行試驗
2019年，GE公司研發的GE9X發動機成功配裝777X客機，並完成了全部的飛行試驗，試驗進展順利，為777X客機的服役奠定了堅實基礎。2019年1月，波音公司公布全球最大的雙發噴氣客機波音777X的首張官宣照片，其配裝的是全球推力最大的噴氣發動機GE9X。GE9X發動機直徑超過3.35米，寬度相當於737整個機身的寬度，有16個風扇葉片，採用先進的碳纖維複合材料製成，使用6個3D列印零件，同時還採用了先進的輕型耐熱材料——陶瓷基複合材料。陶瓷基複合材料能承受1316℃的高溫環境，使GE提升熱端部件溫度成為可能。
GE9X發動機
2019年5月，GE9X發動機完成全部的飛行測試。該型發動機正在美國利用波音747飛行試驗平台進行實際飛行測試，完成了320個飛行試驗循環。GE9X發動機迄今已經研發了7年，GE公司花費了大量的研發經費，僅2014年一年，用於GE9X發動機的研發費用就超過了10億美元。
2019年7月，GE9X發動機創造了發動機推力最新吉尼斯世界紀錄，性能試驗狀態下功率達到597kN，打破了2002年由GE90-11B發動機創造的567kN推力世界紀錄，成為功率最大的商用飛機發動機。這一紀錄是在2017年11月10日在位於俄亥俄州PeeblesGE公司露天試驗設備上進行工程試驗時創造，GE公司在百年慶典上首次公開。
羅羅加大Ultrafan發動機研製和市場推廣力度
2019年，羅羅公司已經退出波音新中型客機（NMA）發動機市場的競爭，公司聚焦超扇（Ultrafan）發動機研發項目，並加大研製和市場推廣的力度，2025年左右可能換髮的A350客機有望成為其首個用戶。
羅羅ULTRAFAN發動機
Ultrafan發動機的商業應用將是2025年左右換髮的A350飛機。Ultrafan發動機驗證機定於2021年進行地面試驗。最初，羅羅公司對Ultrafan發動機的提議是為波音NMA提供動力，但最終已宣布放棄該提議。目前，羅羅和空客正密切研究配裝全新發動機的另一型飛機——空客A350飛機的重大升級提供基礎保障。
2019年5月，羅羅和空客簽署協議，共同研發新型民用渦扇發動機UltraFan，與目前羅羅旗下的遄達系列發動機相比，燃油效率將進一步提高25%。羅羅透露，UltraFan測試階段的部分資金將由「清潔天空2」計劃提供。羅羅補充說，UltraFan是一種「可擴展」的設計，這意味著它將既可以適用於寬體客機，也可以適用於窄體客機，而窄體客機發動機市場一直是羅羅公司想開拓的商業領域。根據羅羅公布的計劃，將分兩個階段進行未來10年航空發動機技術和產品發展道路：第一階段目標是以遄達XWB發動機為起點，開發和驗證Advance核心機與發動機；第二階段目標是以Advance核心機為基礎開發和驗證具有顛覆性技術特徵的UltraFan發動機。UltraFan發動機的涵道比將達到15，總增壓比將達到70，燃油消耗和排放將比目前的遄達700發動機降低25%，計劃於2025年投入使用。
羅羅一直在以每年約1%的速度不斷提高其燃氣輪機的性能，而目前，它們正準備向UltraFan設計方面邁進一步。UltraFan以新的結構、材料和動力變速箱為特點，並在全球範圍內進行測試。英國德比正在建造一個測試平台，它將結合最新的數字和物理測試技術。試驗台將於2020年投入使用，發動機地面測試將於2021年開始。同時，羅羅正在繼續推進UltraFan的關鍵技術發展，採用了一種新的發動機核心結構和貧燃系統，這將有助於提高燃燒效率和降低排放。
俄羅斯民機發動機加速推進取證和研製
2019年，俄羅斯的PD-14發動機研製正在穩步推進，向著EASA認證方向前進，俄羅斯還計劃投資研發PD-35發動機。2019年5月，歐洲航空安全局（EASA）完成了對俄羅斯聯合發動機製造集團旗下彼爾姆發動機公司的審計工作，針對俄羅斯最新民用航空發動機PD-14渦扇發動機的適航認證。PD-14發動機將用於MS-21-300窄體中程客機，使用最新的技術和材料，包括複合材料。彼爾姆發動機公司已經生產了16台PD-14發動機，其中兩台轉交伊爾庫特集團用於MS-21-300客機飛行試驗，另外兩台將在一年內裝配和試車後移交給該飛機製造公司。
2019年7月，烏法「閃電」科學生產企業完成了PD-14發動機點火系統的試驗設計工作，採用了獨特的一體化綜合設計方法。2019年，公司計划進行該產品的批生產，並完成後續全套點火系統供貨。該系統可以保證燃燒室在紊流環境、結冰條件下發動機地面起動、空中風車狀態起動、起動機帶轉時空中起動、發動機迎面起動（防喘系統工作時）時持續燃燒。為此，PD-14發動機開展了型號評定試驗、台架試驗、空中試驗台飛行試驗、高空台高速特性試驗。試驗結果良好，驗證了該系統具有良好的工作能力和很高的效率。
2019年10月，俄聯邦政府投入30億美元為設計中的寬體飛機研發大推力航空發動機PD-35，用於遠程幹線寬體客機。俄UEC-航空發動機股份公司表示，計劃2025年認證推力35噸力左右的航空發動機。
混合電推進飛機迅速成為行業熱點
在2019年第53屆巴黎航展上，全球領先的七家航空製造商（空客、波音、達索、GE航空、羅羅、賽峰、聯合技術）聯合發布了推動航空業可持續發展的聲明，其中承諾將研發全新的飛機和推進技術，加速推動航空進入「第三時代」結合近年來全球航空業發展態勢觀察，航空業可能正處於電力推進系統革命的風口浪尖。
2019年4月，韓國航空工業（KAI）正在開展一種支線飛機的初步研究，該飛機為60座，並將在2030年進入市場。波音作為投資方之一的Zunum航空公司，正在開發一種採用混電動力的12座飛機ZA12。同時，以色列的Eviation正在製造9座的全電飛機Alice。法國公司VoltAero正在將一架「天空大師」渦槳飛機改裝為其混合電推進系統的試驗平台，2019年開展了飛行試驗。美國初創公司Ampaire也將「天空大師」作為其混合電推進系統的試驗平台，但它的商業計劃是與小型運營商一起將他們的現有飛機改裝為電推進，目標平台包括賽斯納的「大篷車」和比奇公司的「空中國王」。在這些電推進初創公司中，目標是對現有飛機進行換髮，例如，採用普惠加拿大PT6渦槳發動機為動力的「大篷車」和「空中國王」飛機。電動機開發商MagniX期待將「大篷車」的動力更換為560kW的Magni500電動機。另一家美國初創公司WrightElectric正著眼於開發一種全電、短途、180座的飛機，它是與西班牙的Axter航空公司聯合將一架未經確認的9座飛機改為混合電推進系統。
賽峰公司正在準備對其Ardiden3渦軸發動機的一型改型進行地面試驗，該發動機研製用於配裝1300千米的ZA10支線飛機。賽峰在2018年末被選中作為Zunum公司的12座飛機項目的動力提供商，目前正在驗證其Ardiden 3發動機的改型，旨在形成一個500千瓦渦輪——發電機系統，作為飛機電池組的補充，共同推動飛機的兩個500千瓦電動風扇。Zunum公司目前正在內部開發推進電動機和涵道風扇。
2019年10月，一架外形奇特的小飛機於在奧地利完成首飛，這是航空史上具有里程碑意義的事件。該飛機從維也納紐施塔特東部機場起飛，進行了20分鐘的飛行，這被宣布是多發混合動力推進飛機的世界首創。該飛機是由鑽石飛機工業公司和電動系統開發商西門子公司在HEMEP項目下進行改進的，鑽石公司的DA40活塞發動機已換成兩台75kW的電動機，安裝在鴨式前置翼面上，由安裝在機頭內的110kW的AE300柴油發電機提供動力。後機艙配備兩個12kWh電池提供儲存電能。驗證機上，純電池驅動時續航時間大約30分鐘，而採用混電系統時最長可達5小時。這是世界上第一架配備電動螺旋槳和一台內燃機的串列混合動力飛機。
西門子公司正在與空客合作開發10MW或以上的混合動力系統，為未來可能搭載100名乘客的客機提供動力；西門子公司與羅羅公司合作，正在研發E-fanX混合動力支線客機樣機。西門子公司一直在開發飛機用電動機方面處於領先地位，目前西門子公司已經涉及了純電動和混合電動兩個領域，為電池驅動的Extra 300LE飛機和City Airbus提供動力，也為從兩座的Magnus eFusion到法國初創公司Volt Aero（伏特）的Cassio1飛行試驗台（由賽斯納337 Skymaster改裝成的混合電動飛機，2019年初試飛）等混合動力飛機提供動力。
2019年8月，羅羅表示公司遠期的發展願景是混合電推進系統。羅羅公司相信電和燃氣渦輪的組合動力將降低中長航程飛機的CO2和NOx排放，並將成為城市和支線運輸的主要推進系統。羅羅把混合電推進系統的潛在市場分成三個部分。VTOL（垂直起降飛行器）可以搭載5名乘客，以大於200節或400千米/時的速度低空滑行飛行約900千米；更大一點的垂直起降飛機，可搭載4～20名乘客；搭載20～100名乘客的支線飛機也是混合電推進系統的備選飛行器。建立在羅羅M250渦軸發動機基礎上的eVTOL（電動垂直起降飛行器）飛行試驗將於2021年開始。羅羅計劃在2020年下半年實現E-Fan X飛機的首次飛行，該項目參與方包括空客、羅羅和西門子，用電動涵道風扇替換BAe 146飛機的其中一台霍尼韋爾的渦扇發動機，E-Fan X可能會在21世紀20年代後期或2030年取證。但從技術方面來說，下個十年的後半段可能性比較大。
空客CityAirbuse VTOL原型機在德國完成測試首飛
2019年8月，隨著通用航空和支線客機向多電和混電推進方向發展，歐洲研究人員正在開發一種超導電機，可為未來的大型民用客機提供電推進。由於超導電機具有更高功率密度和工作效率的潛力，發電機和推進器就可分開而不降低效率。這也使得分散式推進系統更加可行，為更高效、非常規的飛機構型設計創造了可能。

历史军事 民機發動機技術2019年發展回望

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