據(jù)英國《飛行國際》網(wǎng)站2019年5月17日刊文，近期，有關(guān)波音公司“新型中型飛機” (NMA)項目發(fā)動機選型的話題非常活躍。
該項目自推出至今，其發(fā)動機問題遲遲未有解決，現(xiàn)今或許已成為了一個備受關(guān)注的復(fù)雜學(xué)術(shù)問題。兩個競爭NMA發(fā)動機合同的CFM國際公司和普惠公司都拒絕具體討論NMA項目。但這兩家公司都在開發(fā)下一代窄體飛機發(fā)動機，同時也都希望其下一代產(chǎn)品能實現(xiàn)高達兩位數(shù)的效率提升。此外，由于NMA項目規(guī)格和研發(fā)時間表的不確定性，這兩家公司必須保持足夠靈活性以應(yīng)對各種問題。
普惠公司正在研究各種促進發(fā)動機進步的先進技術(shù)，他們認為齒輪渦扇發(fā)動機(GTF)架構(gòu)是該公司發(fā)動機未來發(fā)展的基礎(chǔ)。普惠公司工程高級副總裁杰夫•亨特表示: “對于商業(yè)航空行業(yè)而言，齒輪傳動渦輪風扇發(fā)動機架構(gòu)對未來有著非凡的前景。新的GTF發(fā)動機技術(shù)遠比我們目前使用的5種發(fā)動機先進，能夠適應(yīng)于不同的飛機平臺。”
CFM國際公司則采用了一種較為適用的方法，同時研究多種不同的發(fā)動機架構(gòu)，以滿足飛機制造商的需求，同時也能夠隨著飛機制造商技術(shù)水平的提高，隨時能夠提供與飛機相匹配的發(fā)動機。此外，一般來講，由于發(fā)動機的架構(gòu)依賴于與飛機的整合，只有等飛機制造商確定需求之后，才會最終進行對架構(gòu)的決定。而他指出，未來的發(fā)動機架構(gòu)的發(fā)展方向是單一的，不會像現(xiàn)在這樣多，就如同最早的飛機機翼都是木質(zhì)機體，帆布蒙皮。CFM國際公司通過研究了18種不同的發(fā)動機結(jié)構(gòu)，包括齒輪傳動的渦扇發(fā)動機，反向旋轉(zhuǎn)和無涵道的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機，以及簡單、直驅(qū)的單級發(fā)動機(如CFM56)，最終才研發(fā)出了Leap發(fā)動機。該發(fā)動機目前用于于波音737 Max(Leap-1B)、空客A320neo、(Leap-1A)和C919(Leap-1C)等飛機。每年通過發(fā)動機技術(shù)的提升和進步，能夠使飛機燃油效率提高約1%。也就是說，假設(shè)波音公司在未來十年中推出并交付NMA飛機，其發(fā)動機效率可能比Leap高出10-15%，而到2030年代可能會高出20%左右。
今年年初的一些跡象表明，波音公司傾向于推出NMA計劃，但在今年僅僅是決定去做，在2020年才會堅定的去做。波音公司已經(jīng)將NMA定位為一架200-270座，航程4000 - 5000 nm (7410 - 9260公里) 的飛機，并使用兩臺5萬磅(222kN)推力級的渦輪風扇發(fā)動機，并預(yù)期2025年投入使用。
波音公司表示，NMA不會使用革命性技術(shù)推動技術(shù)的飛躍，而是整合現(xiàn)有技術(shù)。通過該項目，可以幫助波音公司改變其現(xiàn)在的生產(chǎn)制造流程，為下一個項目做好充分準備，一些分析師認為波音公司的下一個項目可能是737飛機的替代品。
今年3月，本來就不確定的NMA項目變得更加不確定。第二架737 Max飛機墜毀，使波音公司陷入危機，這次事件的發(fā)生幾乎扼殺了該公司所有有關(guān)于NMA項目的公開討論。波音公司于4月的財報電話會議上被問及NMA，其首席執(zhí)行官丹尼斯·穆倫堡表示，現(xiàn)階段波音公司優(yōu)先將資源投向737Max，以盡快恢復(fù)運營。他補充說， 盡管如此，NMA的工作仍在繼續(xù)，仍有可能于2025年投入使用。
最初，CFM國際公司、普惠公司和羅羅公司都在競爭NMA的發(fā)動機。但今年2月，羅羅公司主動退出了競爭，給出的原因是其不確定能否按照波音公司的時間表，提供適配的發(fā)動機。然而更重要的，羅羅公司也表示，有興趣與另一家發(fā)動機制造商合作，一同為NMA項目提供發(fā)動機。
GE公司為NMA項目推出的發(fā)動機是比Leap發(fā)動機更大、更先進的衍生產(chǎn)品。該發(fā)動機的燃油效率比之前的CFM56高出15%，并且采用了Leap架構(gòu)的簡單性以確保其可靠性，能夠滿足窄體飛機苛刻的飛行安排(窄體客機可能每天飛行五到六次。)
同樣，普惠公司一直在研究其GTF的新型別。現(xiàn)今，GTF已經(jīng)用于A220、A320neos、巴西航空工業(yè)公司E-Jets E2以及開發(fā)中的日本三菱客機MRJs和俄羅斯伊爾庫特MC -21等多種飛機。GTF的齒輪將風扇和渦輪解耦，因此每個旋轉(zhuǎn)部件都能夠以最佳轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，風扇的轉(zhuǎn)速約為渦輪轉(zhuǎn)速的三分之一。普惠公司表示，這種設(shè)計比上一代發(fā)動機的效率高出16%。早先，普惠公司較為關(guān)注GTF的齒輪提高了發(fā)動機的推進效率(衡量發(fā)動機將機械能轉(zhuǎn)化為飛機動能的程度)，現(xiàn)今已將工作重心轉(zhuǎn)移到提高發(fā)動機熱效率(發(fā)動機將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的程度)。發(fā)動機熱效率取決于發(fā)動機的運行溫度。為了讓發(fā)動機適應(yīng)更高的溫度，普惠公司正研究更好的冷卻方法，改進涂層和增加先進材料的使用，如陶瓷基復(fù)合材料(CMCs)。
GE公司認同普惠公司的做法，該公司認為可以通過擴大CMCs的使用，從設(shè)計中擠出更多的熱力學(xué)效率。這種材料可以讓工程師減少從壓氣機引氣冷卻渦輪的空氣量。此外，通用電氣打算在發(fā)動機的冷段使用更多的添加劑制造部件和碳纖維復(fù)合材料，以幫助減輕重量。GE公司認為，在混合動力系統(tǒng)面世之前，陶瓷基復(fù)合材料是僅次于碳纖維的最好的進步。
發(fā)動機制造商也在展望更長遠的未來，尋求有望帶來更大效率提升的架構(gòu)，其中的無涵風扇，也被稱為開式轉(zhuǎn)子技術(shù)并不是一個新鮮的概念。數(shù)十年前，包括通用電氣(GE)公司和波音公司在內(nèi)的幾家制造商已經(jīng)開發(fā)了無涵技術(shù)。最近，賽峰公司在2017年對一種開放式轉(zhuǎn)子發(fā)動機驗證機進行了地面測試。
無涵設(shè)計解決了一個阻礙傳統(tǒng)渦輪風扇效率的難題。工程師們知道他們可以通過增大發(fā)動機風扇的尺寸來提高效率，但隨著風扇直徑的增加，發(fā)動機短艙的重量和阻力呈指數(shù)級增長，抵消了收益。而無涵設(shè)計完全消除了發(fā)動機短艙，允許風扇在空氣中自由旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)更高的涵道比，開式轉(zhuǎn)子承受了所有的阻力，將阻力大小下降了數(shù)個量級。但無涵設(shè)計也提出了新的要求，飛機制造商和發(fā)動機制造商之間必須高度協(xié)調(diào)和集成，工程師必須找到降低設(shè)計固有噪音的方法。
但是迄今為止，沒有任何一種技術(shù)對發(fā)動機效率的提升，能與基于電力的推進技術(shù)相媲美。盡管大型飛機的全電動系統(tǒng)似乎仍局限于科幻小說的范疇，但混合動力系統(tǒng)似乎越來越可行，即使是對于中型航空運輸系統(tǒng)也是如此。現(xiàn)今，普惠加拿大公司、柯林斯航空航天公司和聯(lián)合技術(shù)先進公司(UTAP)正在聯(lián)合開發(fā)混合動力飛機系統(tǒng)。柯林斯航空航天公司最近公布了在伊利諾斯州開設(shè)一個電動飛機系統(tǒng)“實驗室”的計劃，并正在與加拿大普惠公司和UTAP合作，為龐巴迪Dash 8-100渦輪螺旋槳飛機開發(fā)一種混合動力推進系統(tǒng)。GE航空公司設(shè)想的混合動力系統(tǒng)，為使用單個渦輪機為嵌入飛機機翼的多個小型和低阻力電動發(fā)動機提供電力.
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