為未來做好準備
——威廉·布朗談GE航空集團的技術與產品發展

■ 王翔宇 / 中國航發研究院 成磊

GE航空集團將高可靠性的發動機產品與完善的客戶支援結合，在商用航空發動機市場取得了成功。“沒人能準確地預測未來，但我們一定要為未來做好準備，而且是目的明確地做好準備”，這是GE航空百年來長盛不衰的經營哲學。

GE航空集團市場總經理兼首席市場營銷官威廉·布朗

回首百年發展歷程，GE航空集團始終將客戶價值置于其創新理念的核心地位，以為客戶提供更可靠、更高效和更環保的產品為己任，擯棄華而不實的創新，以務實求真的心態，在航空發動機的高新科技及產品的研發、應用領域開創了一個個新紀元。在第二屆國際航空發動機論壇召開期間，GE航空集團市場總經理兼首席市場營銷官威廉·布朗(William H.Brown），就GE航空集團的技術與產品發展接受了本刊的采訪。布朗先生于1980年加入GE航空集團，先后在制造技術研發、質量及采購管理等領域擔任領導職務，之后還負責過發動機部件維修項目，以及發動機維修設施和流程改進工作，他自2000年起被任命為GE航空集團航空產品市場總經理，同時還擔任CFM國際公司的營銷總經理，并代理GE航空集團首席市場營銷官之職。

問:2019年是GE航空集團成立100周年。您認為GE航空在過去的100年里有哪些里程碑事件？

答：2019年，GE航空集團迎來了百歲華誕。作為航空界的傳奇，GE航空始終將創新理念銘刻于心，通過一代又一代的新產品和新技術為航空產業注入強勁動力，見證了百年航空的時代演進。1919年，GE燃氣輪機工程師桑福德·莫斯（Sanford Moss）設計制造出首個渦輪增壓器，這種離心式壓氣機能夠借助來自發動機的廢氣進一步壓縮空氣，在高空產生更高的空氣密度從而極大地提升了活塞式發動機的效率，使得飛機能在4800m以上的高度飛行,從此GE開始向航空發動機領域進軍。在渦輪增壓器的基礎上，GE以英國工程師弗蘭克·惠特爾發動機為藍本，于1942年成功制造了美國第一臺噴氣式航空發動機，標志著美國正式進入了噴氣飛行時代。

20世紀50年代，GE航空集團杰出的領導者格哈德·紐曼發明了航空發動機壓氣機的可調靜子葉片（VSV）技術，顯著提升了發動機的喘振裕度。這一發明在噴氣式航空發動機的發展歷程中具有重要意義，其成果被業界廣泛采用。 這一創新推動GE成功研發了第一型民用大涵道比渦扇發動機CF6，后來成為波音747、波音767以及A300等飛機的動力。

進入20世紀80年代，以F101軍用渦扇發動機的核心機為基礎，GE航空集團與法國斯奈克瑪公司平股合資，成立CFM國際公司，共同研發CFM56系列發動機，這可以稱得上是民航史上最成功的一型發動機產品。GE還研發了第一臺無涵道風扇（UDF）發動機并成功完成了地面和飛行試驗。也是從那時起，GE開始了對碳纖維復合材料的大力投入與研發，并在以后的GE90、GEnx以及LEAP發動機風扇葉片上得到應用。雖然用先進的復合材料替代傳統金屬并不是一個很新的概念，但航空材料在可靠性和安全性上的標準更為嚴苛，畢竟它們不像航天材料那樣可以在幾個循環內便可以完成其“使命”。目前，GE新研發的發動機的冷端部件材料已經從鋁、鈦合金過渡到碳纖維復合材料，而制造熱端部件的傳統合金也開始被陶瓷基復合材料所取代。毫不夸張地說，這場從金屬合金到“超越金屬”（Beyond Metal）的工程材料的變革是20世紀90年代航空史上的里程碑事件。

2000年以后，GE研發了第三代雙環預混旋流（TAPS）燃燒室，與傳統燃燒系統相比，它能使空氣和燃油在燃燒前充分混合，以實現貧油燃燒及更低的排放——氮氧化物(NOx)的排放量下降了75%以上，顯然這項技術不僅僅意味著燃油消耗的降低，也是實現更加清潔環保的航空旅行的重要一步。

莫斯（右）與Le Pere雙翼飛機

GE航空的技術創新

近日，GE為波音777X研發的GE9X發動機在地面測試中推力達到598kN，創造了一項新的吉尼斯世界紀錄——成為當今世界上推力最大的商用噴氣發動機，這是GE當之無愧的榮耀。

在過去的100年里，無論是在發動機架構（包括風扇直接驅動、間接驅動以及開式轉子和混合電推進），或是在先進的氣動設計（越來越高的涵道比、總壓比以及效率），還是在材料工程上（開創性地采用碳纖維復合材料與陶瓷基復合材料），可以說，GE在航空發動機領域的這些探索實踐完美地見證了人類航空事業的成長與進步。

問：GE航空集團研制生產了目前全球最暢銷的窄體機發動機，以及最大推力的民用渦扇發動機。更有數據顯示，未來10年GE/CFM國際公司在民用航空動力市場將占據67%的市場份額。在您看來，GE是通過掌握哪些關鍵技術使產品具有如此強大的市場競爭力？

答：我非常喜歡這個問題。在我看來，GE在市場上贏得更多客戶選擇的根本原因是將高可靠性的發動機產品與完善的客戶支援服務真正地結合在了一起。剛才，我介紹了GE在引領航空產業技術發展上的突出表現，但站在客戶的角度，那些顛覆性新技術所帶來的性能提升卻未必是他們最想要的。以CFM56發動機為例，與競爭產品相比，其耗油率并不是最低的，但這并不妨礙CFM56成為民航史上最受歡迎的一型動力產品——發動機的性能表現固然重要，但這需要通過卓越的耐久性和可靠性來保證。

這里我想重點談一下我們的產品和客戶支援。一種技術即使再新再好，一旦在使用中出了問題卻無法解決，那么在客戶眼中這種所謂的“好技術”也只是徒有虛名；另一種技術雖然看起來并不那么“炫酷”，但卻有足夠的認知和手段去處理在使用中遇到的問題，那便是客戶眼中真正的“好技術”。一定要讓客戶對自己的產品有信心，“想客戶之所想，急客戶之所急”一直是GE孜孜以求的經營之道，全球最好的航空發動機支援服務網絡體系成為了GE航空的產品深受市場青睞的核心因素之一。在客戶支援優先的理念下，一旦交付的產品出現了問題，GE的服務代表要做的第一件事就是協調工程師盡快解決故障，讓發動機盡快恢復使用，而不是先去界定這是誰的責任。

CF34-10A 發動機

問：LEAP和GE9X是GE航 空 投放市場的最新窄體機/寬體機動力產品，您認為二者的“技術標簽”是什么？繼普惠公司的PW1000G系列發動機之后，羅羅公司最新研發的超扇發動機也采用了大功率減速齒輪箱。那么GE航空對齒輪傳動技術的發展與應用持何種觀點？

答：在我看來，可以用4個詞來概括LEAP和GE9X的技術特點，即簡單、可靠、耐用和直接驅動，而直接驅動也是這兩型發動機能夠實現簡單、可靠、耐用的一個重要因素。當然，這些特點并不是以犧牲發動機性能為代價來實現的， GE的發動機產品通過簡單、可靠和耐用真正成為了市場的主導。

關于發動機的架構問題，我們認為在飛機方案確定之前先確定發動機的架構并不是一種正確的做法。設計發動機是為了主動地適應飛機的需求，而不是讓飛機被動地去接受發動機。在明確飛機需求與應用環境之前，發動機制造商不應該盲目地確定產品架構，一型可以適應飛機的發動機才可能是好的發動機。

齒輪傳動并不是一個新鮮的概念，而要說到省油，開式轉子至少還能再繼續降低20%以上的燃油消耗。早在20世紀80年代，GE就研發并試飛了相關發動機，然而遺憾的是并沒有哪家飛機制造商能夠接受這型超前的發動機產品，這對GE來說也是一個教訓。我想表達的是，GE從來沒有把未來的發展鎖定在某一項技術、某一種架構上，也不會用激進的研發理念去強推某型動力產品。無論是齒輪傳動、開式轉子還是混合電推進技術，GE在每一個潛在的領域都進行了充分的準備，至于最終到底是什么則一定要等到飛機的需求確定后再下結論，要讓飛機能夠很順利地接受我們的發動機。

問：CF34在2018年的范堡羅航展上取得了200余臺的訂單，也是國產ARJ21飛機的唯一動力裝置。自問世以來，CF34系列發動機不斷發展，歷久彌新。GE是如何看待未來支線航空運輸市場的發展的？在CF34之后有無新產品研發的計劃？

答：CF34系列發動機之所以長期受到支線航空市場的歡迎，主要有兩方面的因素：一是飛機的燃油消耗主要集中在巡航階段，飛行距離相對較短的支線航空運輸顯然是對燃油消耗并不敏感的一個細分市場，這也意味著航空公司在使用CF34時不會有過多的燃油成本的顧慮；二是支線航空頻繁的起降潛伏著較大的安全風險，發動機的可靠性成為航空公司關注的核心焦點，而像CF34這樣久經考驗的發動機產品的優勢是不言而喻的。

新成立的航空公司大多是從支線航空起步的，待安全記錄達到一定水平后再申請運營更大的飛機、更遠的航線。美國是這樣，中國也是如此。而對一個運營經驗十分匱乏的新進入者而言，成熟穩定的飛機和發動機才是最好上手的、風險也是最低的。

問：波音公司737MAX停飛事件對全球航空產業造成很大沖擊，而作為其唯一動力裝置的LEAP發動機，相關市場的發展是否也會連帶地受到影響？

答：我們目前仍在根據合同向波音公司交付LEAP發動機，波音公司也沒有停止737MAX的生產，只是生產速度比先前有所降低。作為長期合作伙伴，GE對未來波音737MAX復飛并重新獲得市場的認可充滿信心。事實上，此次停飛事件后，業界正在建立一套新的、比之前嚴苛得多的適航審定標準，而波音737MAX很有可能會是第一個經歷新適航標準嚴格考核的飛行器，到時候也可稱得上是全球最安全放心的飛行器。波音737MAX遲早會再交付運營的，這只是一個時間問題。

問：GE9X已于今年上半年進行了飛行測試。相比GE90，GE9X在技術上主要有哪些突破，能為波音777X飛機帶來哪些提升？

答：可以說GE9X的技術亮點體現在高效的空氣動力設計、先進材料和數字化3個方面，當然前面的兩點是我反復提及的。首先，GE9X的總壓比和核心機壓比分別為60∶1和27∶1，而GE90對應的數字只有40∶1和19∶1，增幅達到了50%，這是一個巨大的氣動效率的提升；其次，除了碳纖維復合材料風扇葉片和風扇機匣，GE9X還采用了陶瓷基復合材料的渦輪盤、罩環、燃燒室和出口導向器，在質量減輕了三分之一的同時，大大減少了對冷卻的需求并使強度提升了1倍。

對于GE9X的數字化來說，GE在制造每一臺發動機時都會記錄其海量的數字信息，這些信息就像指紋或者“遺傳基因”（DNA）一樣，可以用來對發動機進行數字識別。一旦有發動機在使用中出現了問題，可以鎖定所有具備類似識別特征的發動機并進行未雨綢繆的防范處理。這比像過去那樣一臺一臺地監控發動機的狀況要高效、徹底得多。

LEAP 發動機

問：從公開的渠道看，GE在對波音公司的新中型飛機（NMA）和中俄合作CR929雙通道遠程寬體客機的動力方案競標中表現非常活躍。GE航空是如何看待這兩款新飛機的市場前景的？如果最終的結果是“一機雙發”，GE航空能否接受？

答：首先，對這兩款新飛機而言，GE航空只可能接受“一機一發”的方案。為新飛機研制新型發動機需要很大的投入，考慮到這二者有限的市場空間，“一機雙發”下的商業回報是無法令人滿意的。這是業界的一個共識。事實上，即使站在飛機制造商的角度，我個人也不認為發動機雙選會帶來更多的好處。

發動機制造商是否能為一款飛機提供動力，是一個很復雜的商業性問題。在做決定之前，先要弄清楚投入會有多大？收益又會有多少？當然，最終的答案很大程度上取決于對飛機未來市場前景的判斷。

問：以數字化和電氣化為特征的航空產業第三時代即將到來，目前限制電動飛行發展的技術瓶頸主要有哪些？GE為應對未來電動飛行趨勢進行了哪些準備？

答：全球航空產業朝著電氣化方向發展的趨勢已經開始形成了，當然距離全電動或者混合電推進飛行器正式進入商用航空市場還有較長的路要走，目前的挑戰是多方面的。

我們可以把高密度發電機、逆變器和電動機放在一起討論。燃氣渦輪產生的電能經過逆變器轉變為直流電后驅動電動機工作，這一過程看起來似乎并不復雜，不過據估算，商用飛行所需要的功率至少在25MW以上，按照現在的技術水平，這些電力裝置會很大很重，如果不能實現小型化、輕量化，顯然是不能在飛機上使用的。從愛迪生時代算起，GE開展電力業務已經超過100年，我們在高功率密度電力系統的研發上積累了極為豐富的經驗。從發電、供電、交直流轉換到高效電機，很多先進的電力技術會被用到未來的電動飛機，我相信航空業務與電力業務的強強結合將是我們在電動飛行市場制勝的關鍵，這也是其他傳統的發動機制造商所不具備的天然優勢。

電池的能量密度是另一項重大的挑戰。目前常見的電池的能量密度可能只是航空煤油的1%～2%，而且電池放電也不會像燃油消耗那樣使得飛機的質量逐漸減少，電動飛行也許短期內可以在城市空中交通（UAM）這樣的通用航空領域得到應用，但如果是承載100～200名旅客，在10000m的高空飛行超過4800km的距離，憑借目前的電池技術是無法存儲足夠的能量的，而采用混合電推進是比全電動更為現實可行的思路。

燃料燃燒產生電能從而驅動電動機，混合動力推進系統中能量轉化引起的效率損失其實更大，雖然看似多此一舉，但它在氣動效率上的提升卻是傳統發動機無法比擬的。為了改善氣動效率，風扇直徑被設計得越來越大，同時也增加了額外的質量和阻力。采用混合電推進系統，可以用分布在機翼前緣的一組電機和涵道風扇取代兩個大涵道比渦扇發動機，它們質量更輕且阻力更小，更便于實現飛機和發動機的全面集成。目前GE旗下有11個機構正在開展混合電推進系統研發，位于俄亥俄州的代頓實驗室正在測試2MW航空電力裝置，在不遠的將來，市場上會出現GE的混合電推進飛行器產品。

GE9X發動機

問：航空動力技術的進步為航空器的發展提供新的機遇。GE對未來整個航空產業發展有何展望？未來的發展重點有哪些？

答：第一，無論是直接驅動，間接驅動，還是開式轉子，GE將對各種不同的發動機架構進行廣泛深入的研究和技術儲備。第二，先進空氣動力和新材料的發展路徑是較為清晰的、不會受到發動機架構的影響，GE將會繼續保持在高效氣動設計與先進航空材料方面的投入。第三，持續發力混合電推進技術，重點探索新一代高密度發電機、逆變器、電動機和電池技術。

我特別想強調的是，任何人都沒有準確預測未來航空市場需求的能力，懷著僥幸心理去尋找捷徑、寄希望于某一種假設，是肯定不能取得長久的成功的。我們應該事先考慮到方方面面的情況，任何人都無法準確地預測未來，但我們一定要為未來做好準備，而且是目標明確地做好準備，這是GE航空百年來長盛不衰的經營哲學。