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(jī)” (NMA)項(xiàng)目發(fā)動(dòng)機(jī)選型的話題非常活躍。
該項(xiàng)目自推出至今，其發(fā)動(dòng)機(jī)問題遲遲未有解決，現(xiàn)今或許已成為了一個(gè)備受關(guān)注的復(fù)雜學(xué)術(shù)問題。兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)NMA發(fā)動(dòng)機(jī)合同的CFM國際公司和普惠公司都拒絕具體討論NMA項(xiàng)目。但這兩家公司都在開發(fā)下一代窄體飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)也都希望其下一代產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高達(dá)兩位數(shù)的效率提升。此外，由于NMA項(xiàng)目規(guī)格和研發(fā)時(shí)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(duì)各種問題。
普惠公司正在研究各種促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)步的先進(jìn)技術(shù)，他們認(rèn)為齒輪渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)(GTF)架構(gòu)是該公司發(fā)動(dòng)機(jī)未來發(fā)展的基礎(chǔ)。普惠公司工程高級(jí)副總裁杰夫•亨特表示: “對(duì)于商業(yè)航空行業(yè)而言，齒輪傳動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)對(duì)未來有著非凡的前景。新的GTF發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)遠(yuǎn)比我們目前使用的5種發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)，能夠適應(yīng)于不同的飛機(jī)平臺(tái)。”
CFM國際公司則采用了一種較為適用的方法，同時(shí)研究多種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)，以滿足飛機(jī)制造商的需求，同時(shí)也能夠隨著飛機(jī)制造商技術(shù)水平的提高，隨時(shí)能夠提供與飛機(jī)相匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，一般來講，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的架構(gòu)依賴于與飛機(jī)的整合，只有等飛機(jī)制造商確定需求之后，才會(huì)最終進(jìn)行對(duì)架構(gòu)的決定。而他指出，未來的發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)的發(fā)展方向是單一的，不會(huì)像現(xiàn)在這樣多，就如同最早的飛機(jī)機(jī)翼都是木質(zhì)機(jī)體，帆布蒙皮。CFM國際公司通過研究了18種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，包括齒輪傳動(dòng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，反向旋轉(zhuǎn)和無涵道的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，以及簡(jiǎn)單、直驅(qū)的單級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)(如CFM56)，最終才研發(fā)出了Leap發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)目前用于于波音737 Max(Leap-1B)、空客A320neo、(Leap-1A)和C919(Leap-1C)等飛機(jī)。每年通過發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的提升和進(jìn)步，能夠使飛機(jī)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(jī)，其發(fā)動(dòng)機(jī)效率可能比Leap高出10-15%，而到2030年代可能會(huì)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(jì)劃，但在今年僅僅是決定去做，在2020年才會(huì)堅(jiān)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(jī)，并使用兩臺(tái)5萬磅(222kN)推力級(jí)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，并預(yù)期2025年投入使用。
波音公司表示，NMA不會(huì)使用革命性技術(shù)推動(dòng)技術(shù)的飛躍，而是整合現(xiàn)有技術(shù)。通過該項(xiàng)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(gè)項(xiàng)目做好充分準(zhǔn)備，一些分析師認(rèn)為波音公司的下一個(gè)項(xiàng)目可能是737飛機(jī)的替代品。
今年3月，本來就不確定的NMA項(xiàng)目變得更加不確定。第二架737 Max飛機(jī)墜毀，使波音公司陷入危機(jī)，這次事件的發(fā)生幾乎扼殺了該公司所有有關(guān)于NMA項(xiàng)目的公開討論。波音公司于4月的財(cái)報(bào)電話會(huì)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(yùn)營。他補(bǔ)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(jìng)爭(zhēng)NMA的發(fā)動(dòng)機(jī)。但今年2月，羅羅公司主動(dòng)退出了競(jìng)爭(zhēng)，給出的原因是其不確定能否按照波音公司的時(shí)間表，提供適配的發(fā)動(dòng)機(jī)。然而更重要的，羅羅公司也表示，有興趣與另一家發(fā)動(dòng)機(jī)制造商合作，一同為NMA項(xiàng)目提供發(fā)動(dòng)機(jī)。
GE公司為NMA項(xiàng)目推出的發(fā)動(dòng)機(jī)是比Leap發(fā)動(dòng)機(jī)更大、更先進(jìn)的衍生產(chǎn)品。該發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率比之前的CFM56高出15%，并且采用了Leap架構(gòu)的簡(jiǎn)單性以確保其可靠性，能夠滿足窄體飛機(jī)苛刻的飛行安排(窄體客機(jī)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?，F(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(jī)MRJs和俄羅斯伊爾庫特MC -21等多種飛機(jī)。GTF的齒輪將風(fēng)扇和渦輪解耦，因此每個(gè)旋轉(zhuǎn)部件都能夠以最佳轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，風(fēng)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(jì)比上一代發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率(衡量發(fā)動(dòng)機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)動(dòng)能的程度)，現(xiàn)今已將工作重心轉(zhuǎn)移到提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率(發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的程度)。發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度。為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)更高的溫度，普惠公司正研究更好的冷卻方法，改進(jìn)涂層和增加先進(jìn)材料的使用，如陶瓷基復(fù)合材料(CMCs)。
GE公司認(rèn)同普惠公司的做法，該公司認(rèn)為可以通過擴(kuò)大CMCs的使用，從設(shè)計(jì)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(jī)引氣冷卻渦輪的空氣量。此外，通用電氣打算在發(fā)動(dòng)機(jī)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(rèn)為，在混合動(dòng)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(jìn)步。
發(fā)動(dòng)機(jī)制造商也在展望更長(zhǎng)遠(yuǎn)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(fēng)扇，也被稱為開式轉(zhuǎn)子技術(shù)并不是一個(gè)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(duì)一種開放式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行了地面測(cè)試。
無涵設(shè)計(jì)解決了一個(gè)阻礙傳統(tǒng)渦輪風(fēng)扇效率的難題。工程師們知道他們可以通過增大發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的尺寸來提高效率，但隨著風(fēng)扇直徑的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的重量和阻力呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，抵消了收益。而無涵設(shè)計(jì)完全消除了發(fā)動(dòng)機(jī)短艙，允許風(fēng)扇在空氣中自由旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)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(gè)量級(jí)。但無涵設(shè)計(jì)也提出了新的要求，飛機(jī)制造商和發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)固有噪音的方法。
但是迄今為止，沒有任何一種技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提升，能與基于電力的推進(jìn)技術(shù)相媲美。盡管大型飛機(jī)的全電動(dòng)系統(tǒng)似乎仍局限于科幻小說的范疇，但混合動(dòng)力系統(tǒng)似乎越來越可行，即使是對(duì)于中型航空運(yùn)輸系統(tǒng)也是如此?，F(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(jìn)公司(UTAP)正在聯(lián)合開發(fā)混合動(dòng)力飛機(jī)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(gè)電動(dòng)飛機(jī)系統(tǒng)“實(shí)驗(yàn)室”的計(jì)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(jī)開發(fā)一種混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。GE航空公司設(shè)想的混合動(dòng)力系統(tǒng)，為使用單個(gè)渦輪機(jī)為嵌入飛機(jī)機(jī)翼的多個(gè)小型和低阻力電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供電力.
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