未來大飛機發動機的發展趨勢

趙芷琪

沈陽市第二中學，遼寧沈陽 110016

未來大飛機發動機的發展趨勢

趙芷琪

沈陽市第二中學，遼寧沈陽 110016

隨著世界科學技術的進步，未來航空事業的發展更會如火如荼的進行，具有潛在的發展前景和進步空間，而發動機作為飛機的重要組成部分，會朝著更環保、更經濟的方向發展。本文就從經濟性價比、節能減排、減少有害物等3方面對未來大飛機發動機的發展趨勢進行探討。

大型飛機；發動機；發展趨勢

發動機由于需要在高溫高壓高轉速的環境下長時間、反復的工作，其制作難度和對工業技術的要求遠遠超過其他行業的發動機，飛機發動機的研制時間甚至要比整架飛機的耗時量還要大的多，飛機發動機的正常運行才能保證飛機的正常飛行，可見飛機發動機對于飛機的重要性[1]。因此，大力發展飛機發動機，為未來航空事業的發展指明了方向，給未來的航空事業帶來了更為廣闊的發展前景是我國乃至世界航空產業的一門重要課題。相對于傳統的雙轉子渦輪風扇發動機，未來大飛機的發動機必須要實現低壓轉子在效率較高的轉速下正常工作，同時還要有效減小發動機的噪聲污染，降低廢物排放量、減少有害物質產生的綠色環保發動機，而且在研制發動機是需要充分考慮發動機的全壽命成本和對機組相關人員身體健康的影響，最大限度的體現未來大飛機發動機的所有功能。本文針對未來大飛機的發展趨勢進行以下幾點論述。

1 未來大飛機發動機的經濟性要求

任何事物的長期穩定發展都離不開在價格上實現物美價廉的要求。而飛機作為一種高科技高投資的交通工具，其較大的造價成本和耗油量、維護費用嚴重的制約了航空產業的發展。因此，在未來的飛機發動機研制中，經濟耐用型的大飛機發動機一直是我國航空事業追求的目標，主要從降低耗油量和延長使用壽命兩方面來進行[2]。在21世紀初，CFM56、PW4084、GP7000等大飛機的發動機已經在經濟性方面有所提高。主要體現在巡航狀態耗油量已經從20世紀50年代JT3D發動機的0.85～0.95kg/（kgf·h）下降到90年代的GE90發動機的0.50～0.55kg/（kgf·h），其間的全壽命費用已經相對于以往的發動機有了顯著的降低。為了進一步的提高未來飛機發動機的經濟性要求，美國和歐盟國家進行了一系列的科技研究計劃，旨在大力降低飛機發動機的耗油量和降低發動機的全壽命費用成本。航空專家對大飛機發動機的經濟性進行了預計，尤其是對發動機的耗油量進行了預計。在2015年，R·R公司的RB282對轉渦扇發動機和PW公司的PW1000G齒輪驅動渦扇發動機的耗油率可能會比以前的發動機降低15%，在2020～2025年間可能會降至20%，到2026～2035年間將會下降到30%，可見未來大飛機的耗油量相比以前的發動機將會出現明顯的降低，極大的提高了未來大飛機的經濟型要求。

2 未來大飛機發動機的環保型要求

低能環保是所有產業在未來發展都必須滿足的強制性要求，尤其是大飛機發動機在未來的發展[3]。在21世紀初，GE90、GP7200、PW4084等民用渦扇發動機在大量降低噪聲污染和低能排放技術方面取得了較好的環保效果，為了進一步的提高未來飛機發動機的環保性要求，美國和歐盟國家進行了一系列的技術研究計劃，旨在大力降低飛機發動機的噪聲污染、開發降低排放量、減少有害物質排放的綠色環保大飛機發動機，研制出在發動機的全壽命范圍內最小的影響社會生態環境和機組相關工作人員的健康安全——“綠色發動機”。主要體現在：1）低排放。美國NASA進行了UEET研究計劃，實現了NOx的排放量相對GE90發動機的排放量降低了20%、CO2排放明顯降低的目標。GE公司與SNECMA公司進行了TECH56研究計劃，實現了NOx 排放量明顯低于國際民航組織（ICAN）規定值的50%的目標。GE公司正在實施的LEAP56研究計劃，以實現NOx排放量顯著低于國際民航組織的排放規定值的60%、CO2排放量明顯降低的理想目標。2）低噪聲。在美國UASA對UEET計劃進行了研究，旨在開發后緣吹風的低噪聲風扇技術，有效的實現了噪聲較GE90發動機的降低10dB的目標，在2000年GE公司與SNECMA公司實施的LEAP56研究計劃，實現了先進的復合材料風扇葉片、先進的輕質齒輪箱等技術，有效的降低了發動機噪聲的10～15dB污染。

3 未來大飛機發動機對有害物質的排放要求

未來大飛機發動機的發展不僅僅要滿足經濟性、低能環保的要求，還要減少有害物質的排放，減小航空發動機及部件的材料對環境、對人類的影響。美國和歐盟國家目前正在研發一種既能滿足經濟環保，又能對人類及機組相關工作人員提供一個無損害、無污染、安全可靠的工作環境[4]。為了進一步研發“綠色”發動機，現對發動機未來的發展趨勢進行研究：1）發動機的設計和生產廠家必要經過國際非官方的環境管理系統標準ISO14001的認證，嚴格檢測其對環境產生影響的因素，由此可以有效的控制和減少發動機對環境產生的不良影響。2）在發動機材料選用上，必須最大限度的運用所選材料，杜絕浪費，所選材料不僅要成本低，使用方便，在維修方面可以進行多種方式維修。此外還需要充分考慮發動機的翻新周期，盡可能的選用可以使用較長時間的原材料。3）在制造工藝上，避免可以產生有害物質和廢物排出的制造工藝，盡可能的研發可以是能源充分得到利用又能保證原材料有效利用的制造工藝，開發那種金屬切割、鉆孔、精細加工較少的制造工藝。目前可以通過凈形制造工藝進行浸泡（酸水）、磨削、脫模等閉環工藝，高壓水槍噴射清洗術，并主動與供應商采取合作，進一步研究減少大飛機發動機有害物質的排放方法[5]。4）在維修和保養方面，進行研發有害材料處理術、Cr6+離子表面處理替代技術等高效維護和保養技術。不僅可以采取多種方式進行維修，更可以有效的延長發動機的翻新周期。5）對于報廢的部件上，盡可能選取可以進行回收再利用的原材料。如將一些部件采用先進的合金技術加工成純金屬粉末，以此提高報廢報廢部件的利用率。

4 結論

隨著科學技術的發展，相信在未來可以研發出具有經濟性、低能環保、有效減少有害物質三種特性相結合的大飛機發動機。但是，科學研究技術的發展并不是一帆風順的，需要我們及時的掌握世界先進科學技術的發展，再結合實際情況研發出經濟適用且環保性高的發動機，為我國剛起步的大飛機發動機提供一些實戰經驗和教訓，迎來我國航天事業的春天。

[1]梁春華，凌瑤.未來大飛機發動機的發展趨勢[J].航空制造技術，2011，3：26-29.

[2]戶海印.中國民用航空制造業目標定位及發展路徑研究[D].北京交通大學，2015.

[3]崔濤.大型渦扇發動機低壓渦輪的氣動設計及相關問題研究[D].哈爾濱工業大學，2013.

V2

A

1674-6708（2015）143-0128-01