民用航空发动机技术2021年发展综述 发布时间:2022-10-02 12:22:12 来源:乐鱼电子竞技 作者:乐鱼比赛竞猜平台

  2021年,国际民航市场虽受新冠肺炎疫情的持续冲击,但民用航空发动机领域延续了近年来的高速发展趋势,为代表的各国新一代民用航空发动机稳步发展,各自取得新的里程碑节点。与此同时,以普惠公司齿轮传动风扇发动机为代表的现役发动机也在不断升级改进,推出新型号。

  本年度“脱碳、新能源”依旧是民用航空领域的关键词。2月份欧洲发布了欧洲民航业净零排放路线年实现欧洲航空业二氧化碳净零排放。围绕减少碳排放,相关研究机构和制造商有不少实际举措。1月份英国GKN航宇公司启动氢燃料电池开发项目,9月份罗罗公司“创新精神”号电动飞机完成首飞,并在随后的飞行中创造最快速度纪录。欧洲、美国、俄罗斯、巴西等多个国家和地区制定了多项电推进技术和氢动力技术研究计划,并开展相关技术研究。此外,可持续航空燃料的发展达到新里程碑,英、法、欧等国家和地区的相关项目均取得了不同程度的进展,距离实际应用越来越近。

  。此次测试表明该发动机能够在最恶劣环境下执行日常飞行。此外,GE航空预计在2022年上半年完成GE9X增程运行(ETOPS)测试。

  俄罗斯多型发动机研制工作达到里程碑节点本年度,俄罗斯在民用航空发动机领域进展迅速,同步开展的多个型号任务均达到不同里程碑节点。

  ,该发动机将配装即将推出的SSJ-NEW飞机。最新试验显示发动机部件运行正常,温度和压力参数符合要求,环境标准达标。PD-8第一架原型机正在制造,下一阶段工作将于2022年年初开始,届时将开展首台原型机台架试验。

  ,将允许该公司推进PD-14发动机的批量生产。10月,UEC完成了PD-14发动机核心机火山灰试验,这是俄航空发动机制造史上首次在火山灰条件下进行的核心机试验。结果表明,火山灰不会对发动机造成不良后果,发动机性能没有受到影响。PD-14发动机是俄罗斯以现代技术和国产材料为基础,专为新型MC-21客机研制的首台俄产涡扇发动机。与现役同类发动机相比,PD-14发动机有望将全寿命周期成本降低15%~20%。

  。目前,核心机正在按照批准的程序在标准大气中进行测试,以确认核心机基本设计性能,初步测试结果表明该发动机各部件和系统运行稳定。

  英国罗罗公司超扇发动机项目关键测试取得突破性纪录受新冠肺炎疫情影响,罗罗公司正深陷财务危机,但其全力保障首台超扇发动机验证机的生产和各项试验顺利进行,争夺未来远程宽体客机市场。

  早在2021年年初,罗罗公司便在其最先进的试车台80上成功完成了第一次发动机试车。该试车台是世界上最大、最智能的室内航空航天试车台,将有能力测试超扇发动机,以及未来的混合电推进或全电推进系统。8月,超扇发动机项目的动力齿轮箱(PGB)在德国开展试验。试验结果显示,

  ,该功率水平标志着作为超扇发动机核心技术之一的PGB已经较为成熟,可以用于之后的演示验证机之中。2022年初,罗罗公司计划对超扇发动机开展地面试验。

  公司推出“可持续发动机革新技术”验证计划2021年6月14日,GE航空与赛峰集团共同宣布启动“可持续发动机革新技术”(RISE)计划,该计划将通过一系列颠覆性技术的开发以推进下一代开式转子发动机的研发,

  。下一代开式转子发动机将比目前效率最高的发动机(如Leap-1发动机)至少高出20%的燃油效率,实现大幅度减排,引领可持续航空的发展。该项目将制定全面的技术路线图,包括

  本年度,各大航空发动机公司持续对现役型号升级改进,助力碳减排。普惠公司凭借其先进齿轮传动技术,推出了改进型齿轮传动风扇(GTF)发动机,不断提升其市场占有率;GE航空、罗罗公司在通用航空市场发力,多款公务机发动机达到重大节点。

  普惠公司发布新一代GTF Advantage发动机12月,美国普惠公司发布GTF发动机新型号GTF Advantage,新发动机将作为空客A320neo系列窄体客机中动力最强的发动机,每台发动机起飞推力达151.1千牛,预计2024年1月开始服役。相对于GTF发动机,新发动机的技术改进包括:

  ,发动机推力超过80千牛,相较于罗罗公司上一代公务机发动机,“珍珠”10X的效率提高了5%,同时具有出色的低噪音和低排放性能,是一型推力与效率兼顾、市场领先的发动机。此外,罗罗公司的“珍珠”700发动机在10月已完成8000多个测试循环和3000多个测试小时,达到了一个重要的测试里程碑,该发动机将在2022年完成认证并投入使用。届时,该发动机将作为湾流公司远程公务机G700、G800的动力系统。

  同样在10月,GE航空新型涡桨发动机“催化剂”已安装在比奇飞机公司的“空中国王”飞行测试平台上,在德国进行了首飞,这是该发动机的重要里程碑。

  罗罗公司“创新精神”号电动飞机突破世界纪录,动力生成系统1号通过兆瓦级混合电力系统测试“创新精神”号电动飞机是罗罗公司净零碳排放路线图电动飞行部分中的代表性项目,将瞄准初级教练机市场。该飞机使用功率为400千瓦的电推进系统,是有史以来为飞机组装的功率密度最高的电池组。3月,“创新精神”号电动飞机成功完成首次滑行;9月,“创新精神”号完成首飞,飞行持续了约15分钟;此后,该机进行了多次试验飞行,在11月16日的飞行中,

  。其中,该机当日最高时速达到555.9千米/小时,大幅超越现有213.0千米/小时的世界纪录。在随后的试验中,该机爬升到3000米仅用时202秒,比原世界记录快60秒。

  11月,罗罗公司“动力生成系统1号”(PGS1)航空发电系统在地面测试中产生了超过1兆瓦的功率。

  ,该系统集成了AE2100发动机、控制系统和热管理系统。此次试验的成功标志着该发电系统正向全球最大容量的航空发电系统目标稳步推进,为未来兆瓦及以上功率混合电推进飞机的出现提供了技术支持,是航空技术的重大突破。

  美俄加速推动电推进系统与电动飞机项目进程美国在2020年的基础上,深入了电推进验证机的发展:2020年3月,

  2021年10月,NASA已经授予GE航空和MagniX公司总价值2.53亿美元的合同支持EPFD项目,以通过地面试验和飞行试验“加快电动化飞机推进”(EAP)技术的成熟。在5年内,GE航空和MagniX公司将进行EAP技术的地面和飞行试验验证,最终应用于民用飞机运输。此外,两家公司还会进行集成兆瓦级动力系统的地面和飞行验证,以确认他们的概念和方案有助于未来的EAP飞机结构。这些验证将识别和克服技术障碍和集成风险,也有助于为未来EAP系统制定研制标准和法规。最终,NASA希望通过EPFD计划,于2035年之前为美国航空运输机队引入EAP技术,以支持短程和支线航空旅行以及单通道航空运输。此外,2021年6月,美国雷神技术公司旗下的柯林斯航宇公司宣布,已与Hybrid Air Vehicles公司和英国诺丁汉大学合作完成了Airlander10飞艇配装的500千瓦电动机的关键设计评审,并已开始电动机的制造。该公司

  (1)UEC总设计师尤里京宣布,UEC已成立研究团队并制定了具体时间安排,

  ,该验证机在技术指标上不亚于现有的燃气涡轮发动机,且耗油率更低,对环境的危害更小。验证机将形成俄对混合电推进装置组件的明确要求,有助于到2027年制造出一型性能不亚于燃气涡轮发动机的混合电推进系统。(2)俄罗斯配装电动发动机的LMS-901“贝加尔湖”飞机或将在2024年问世,2026~2027年后批产。

  。(3)俄罗斯正在雅克-40LL飞行试验室上测试由燃气涡轮发动机和超导电机组成的混合动力装置,

  。所有计划完成后,研究人员将在飞行试验室上验证所有设备,编制下一步飞行试验计划。俄罗斯计划在2030年前,成功研制出商用电动飞机。

  世界多国开展电推进系统或电动飞机相关项目电推进领域已成为未来民用航空发展的重中之重,世界很多国家的相关企业已开展相关研究。

  空客直升机公司已于1月开始在其飞行实验台上进行飞行试验,继续测试混合电推进和电推进技术,以及其他旨在降低直升机噪声水平或改善维护和飞行安全的技术;罗罗公司于3月宣布其将为英国垂直航空航天公司VA-X4电动垂直起降飞行器(eVTOL)提供电推进系统,包括系统架构设计、100千瓦级升力/推力电推进单元、动力分布、监控系统,飞行器航程193千米,巡航速度322千米/小时,计划2024年完成适航认证。罗罗公司还于10月与德国签署了谅解备忘录,推进混合电推进系统的研发,为德国勃兰登堡州的下一代航空服务。此外,在加拿大政府的支持下,普惠加拿大公司计划为支线客机开发混合电推进系统,目标是在2022年开始对其混合电推进技术进行地面测试,2024年进行飞行测试。

  巴西航空工业公司于11月推出了四型用于支线航空市场的低排放或零排放概念飞机。其中计划开发一型9座混合动力飞机E9-HE,于2030年投入使用;全电动飞机E9-FE同样为9座,航程约370千米,计划于2035年投入使用。德国Lilium公司宣布其7座电动飞机Lilium Jet计划于2024年投入商业使用,该机可垂直起降,其技术已研发超过5年,在四架验证机上进行了验证,并于2020年获得了欧洲航空安全局适航证。罗罗公司3月宣布将与意大利飞机制造商泰克南公司、挪威Widerøe航空公司合作研制电动支线年投入短途通勤市场。此外,奥地利和韩国分别推出全电动教练机,奥地利的电动教练机计划于2022年二季度飞行,预计在2023年获得认证,而韩国的电动教练机还处于概念模型阶段。四、欧洲开展多个氢动力项目,美俄等国公布氢动力发展计划

  大型氢动力飞机距离技术成熟还有较长的路要走,美国、俄罗斯、欧洲、巴西等航空强国和地区已经开始在这一领域布局。不过,作为氢动力飞机的核心,大功率氢燃料推进系统的研发工作已经在欧洲多国展开。

  欧洲加速氢动力技术发展,氢燃料电池加速开发液氢的储存需要保持-250℃的低温,比传统航空煤油更具挑战性,因此

  。6月,空客公司在德国和法国的工厂建立了两个零排放开发中心(ZEDC)制造低温油箱,以支持空客ZEROe概念飞机的未来发展,并加速氢推进技术的开发。两个ZEDC将在2023年全面投入运营并制造液氢油箱,计划于2025年进行首次飞行测试。

  1月,英国GKN航宇公司投资3730万美元,用于为期5年的H2GEAR项目,

  。项目目标是证明“功率密度的阶跃变化”足以使液态氢燃料电池为商用飞机提供动力,系统功率输出至少为1兆瓦。项目的初期目标是用于19座支线客机,最终目标将扩展到为70~90座支线月,德国航空航天中心(DLR)动工建设氢燃料电池推进系统试验场,将对用于支线客机的氢燃料电池推进系统进行地面测试。试验场设施包括氢罐、燃料电池、电池、电动机以及控制和调节系统。该项目由德国联邦政府的氢和燃料电池技术国家创新计划提供2600万欧元的资助,目标是将氢燃料电池的功率提高到1.5兆瓦,为40~60座、航程1000千米的支线飞机提供动力

  3月,美国HyPoint公司公布了其用于eVTOL飞机和城市空运的涡轮气冷氢燃料电池系统的首个可运行原型,并通过关键验证测试证明了其技术可行性。该系统采用突破性设计,额定功率可达到2千瓦/千克,是传统氢燃料电池系统功重比的3倍,且能量密度可达1.5千瓦时/千克,可使航程更远。该燃料电池系统可使飞机制造商的总成本降低50%,使其制造出实用、具有成本效益的零排放运载工具

  9月,俄罗斯茹科夫斯基中央流体力学研究院宣布其计划研制氢燃料动力航空发动机VK-2500。该发动机将采用氢燃料、低温储存罐、恒温调节系统和液氢供给系统,与俄罗斯中央航空发动机研究院联合开展,预计完成所有设计和试验工作需要五年。氢燃料验证机飞行试验将在雅克-40LL飞行试验室上开展

  11月,巴航工业宣布其E19-H2FC支线客机将成为该公司第一架氢动力商用飞机,该机应用液氢燃料电池为安装在机身尾部的两台电机提供动力,以实现净零碳排放。E19-H2FC可容纳19名乘客,续航里程为370千米,并可根据客户的要求进一步扩大。巴航工业计划在2025年完成氢动力验证机的首飞

  双发35-50座E50-H2GT飞机,其应用氢燃料时航程可达648.2千米。图16 巴航工业氢动力概念飞机

  可持续航空燃料(SAF)可由各种来源的燃料组成,如废弃油(地沟油)、植物油、脂肪或城市垃圾等,其具有传统航空煤油的相应特征,并可在现有航空燃料设备上使用而不需要进行大规模改造

  本年度,多家企业对100% SAF进行了数次地面试验与飞行测试,100% SAF距离实际应用越来越近。

  在涡扇发动机方面,罗罗公司与波音公司和世界能源公司合作,于10月对一台使用了100% SAF的遄达1000发动机,在波音747飞行试验台上成功进行了试飞,进一步证明该燃料适合商业使用。此前罗罗公司已在其遄达XWB和“珍珠”700发动机上进行了100% SAF的地面和空中测试。到2023年,所有遄达发动机将兼容100% SAF。





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