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赛峰集团发布推进路线图

2017-09-28

【美航空周刊与空间技术2017年9月18日报道】随着未来客机更高效的备选推进系统研究的加速开展,赛峰集团已成为最新一家公布其混合及电推进技术发展路线图的发动机制造商。

该法国制造商相信,随着能量储备和大功率传递关键技术问题的解决,到2040年开发首个100%电推进大型飞机有可能可行。但是,涡扇发动机的改进仍将继续领路,并谨慎认为只有在综合了能量管理、发动机综合与推进系统效率所取得的突破后,才能实现整个推进技术进步。

电推进技术发展路线:

2030年前实现初步混合电推进;2035年实现带边界层吸入的混合分布式电推进;2040年可能实现100%电推进;近期关注更高函道涡扇发动机和更高的集成度。

赛峰飞机发动机研究与技术副总裁Jerome Bonini称,需要采用组合方式因为我们面对的是全电推进的技术问题。他在曼彻斯特举行的2017吸气式发动机国际协会会议上说:“主要问题是电池的能量密度以及未来20年其预计的发展变化。”当前的电池约为系统级200瓦小时/千克(Wh/kg),到2035年有望达到500瓦时/千克。但即使达到了1000瓦时/千克,也要比煤油的12000瓦时/千克低很多。Bonini说:“如果想实现全电推进,我们不得不取得巨大的进展,虽然该技术在研发过程中,但应用到大型飞机可能还不现实。我们认为未来有更多的路径,我们应当同时在三个方面实施推进技术的改进,首先是改善动力装置效率,第二是将动力装置更好的与机身综合,第三是通过推进和非推进手段改善能量管理。”

赛峰飞机发动机公司将其雄心勃勃的技术目标与欧洲“飞行轨迹2050”(FlightPath 2050)计划中航空研究与创新咨询委提出的远期环境目标相匹配。这些目标要求到2050年与2000年水平的飞机相比,CO2排放减少75%、N2O(一氧化二氮)排放减少90%、噪声降低65%。

赛峰的电推进路线图基于“分步走方式”。Bonini说:“2030年,我们期望实现混合推进系统,起飞、爬升和慢车推力的10%为电力提供。这也是符合电池技术的发展步伐。”此时,该初步系统的大部分推力仍由常规涡扇发动机提供。

2035年,在能量储备取得进展后,我们预测混合分布式推进系统与边界层吸入(BLI)综合概念可实现推力的20%-50%为电力提供。在BLI设计中,一种安装在尾部的风扇将机身上缓慢运动的边界层气流吸入并激励气体流动,进而降低动量阻力。该风扇可采用机械或电驱动,在赛峰路线图中该风扇由电池及发动机产生的电力驱动。

Bonini相信,约在相同时期,开发分布式推进系统可能是可行的。之后在2040年,我们可能会看到如果使用氢能源将实现CO2零排放的100%电推进系统。但该目标将在解决了能量储备和大功率能量传递这两大问题后才会成为可能。

赛峰还在通过其动力单元部开发燃料电池技术,并面向单通道客机营销其“电绿色滑行系统”前轮系统。该绿色滑行系统预计将在一次典型飞行中(取决于时间与滑行距离)节省2-5%耗油,对于机场来说可减少CO2排放61%、CO(一氧化碳)排放73%、N2O(一氧化二氮)排放51%、未燃烧碳氢化合物62%。

该公司将推进效率提升到超过当前的发动机水平的主要工作是在“洁净天空1”中研制的开式转子概念,目前的设计正在开展地面试验,另外就是在“洁净天空2”中开展的函道式超高函道比(UHBR)发动机的研究。Bonini称:“该UHBR验证机将集成目前正在试验台上试验的发动机模块的下一代设计,我们预计将比Leap发动机油耗降低5-10%,但该构型由于尺寸和重量问题存在安装方面的挑战,这可能会对结构产生滚雪球式放大的不利影响。”

UHBR验证机的先进技术低压部件正由德国发动机制造商MTU航空发动机公司在Enoval项目下进行研发。目标是CO2排放降低5%、噪声降低1.3分贝,将通过增加函道比到12比1和20比1、通过提升总力比到70比1,实现性能升级。Enoval关注点包括低重量、低阻力短舱,先进的高负载高速增压级,更大尺寸3D编织传递模塑成型风扇叶片以及开发陶瓷基复合材料的下一代高速低压涡轮。

UHBR的核心是驱动风扇的减速箱,保持了由普•惠PW1000G齿轮传动涡扇发动机以及最近罗•罗采用功率变速箱驱动的UltraFan发动机所建立的趋势。

向更高函道涡扇发动机以及可能的BLI推进器、开式转子和分布式推进的转变打开了未来潜在应用的设计空间。Bonini称:“我们正在探索上述所有的构型,我们还不知道哪种解决方案是最佳的,但目前我们确信的是发动机制造商和飞机制造商间的界限将发生变化,我们需要更高等级的飞发综合。”(航空工业发展研究中心 吴蔚)

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