未來大飛機發(fā)動機的發(fā)展趨勢

趙芷琪

沈陽市第二中學，遼寧沈陽 110016

未來大飛機發(fā)動機的發(fā)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(yè)的發(fā)展更會如火如荼的進行，具有潛在的發(fā)展前景和進步空間，而發(fā)動機作為飛機的重要組成部分，會朝著更環(huán)保、更經濟的方向發(fā)展。本文就從經濟性價比、節(jié)能減排、減少有害物等3方面對未來大飛機發(fā)動機的發(fā)展趨勢進行探討。

大型飛機；發(fā)動機；發(fā)展趨勢

發(fā)動機由于需要在高溫高壓高轉速的環(huán)境下長時間、反復的工作，其制作難度和對工業(yè)技術的要求遠遠超過其他行業(yè)的發(fā)動機，飛機發(fā)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(fā)動機的正常運行才能保證飛機的正常飛行，可見飛機發(fā)動機對于飛機的重要性[1]。因此，大力發(fā)展飛機發(fā)動機，為未來航空事業(yè)的發(fā)展指明了方向，給未來的航空事業(yè)帶來了更為廣闊的發(fā)展前景是我國乃至世界航空產業(yè)的一門重要課題。相對于傳統(tǒng)的雙轉子渦輪風扇發(fā)動機，未來大飛機的發(fā)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(fā)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(huán)保發(fā)動機，而且在研制發(fā)動機是需要充分考慮發(fā)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(fā)動機的所有功能。本文針對未來大飛機的發(fā)展趨勢進行以下幾點論述。

1 未來大飛機發(fā)動機的經濟性要求

任何事物的長期穩(wěn)定發(fā)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(yè)的發(fā)展。因此，在未來的飛機發(fā)動機研制中，經濟耐用型的大飛機發(fā)動機一直是我國航空事業(yè)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(fā)動機已經在經濟性方面有所提高。主要體現在巡航狀態(tài)耗油量已經從20世紀50年代JT3D發(fā)動機的0.85～0.95kg/（kgf·h）下降到90年代的GE90發(fā)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(fā)動機有了顯著的降低。為了進一步的提高未來飛機發(fā)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(fā)動機的耗油量和降低發(fā)動機的全壽命費用成本。航空專家對大飛機發(fā)動機的經濟性進行了預計，尤其是對發(fā)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(fā)動機和PW公司的PW1000G齒輪驅動渦扇發(fā)動機的耗油率可能會比以前的發(fā)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(fā)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(fā)動機的環(huán)保型要求

低能環(huán)保是所有產業(yè)在未來發(fā)展都必須滿足的強制性要求，尤其是大飛機發(fā)動機在未來的發(fā)展[3]。在21世紀初，GE90、GP7200、PW4084等民用渦扇發(fā)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(huán)保效果，為了進一步的提高未來飛機發(fā)動機的環(huán)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(fā)動機的噪聲污染、開發(fā)降低排放量、減少有害物質排放的綠色環(huán)保大飛機發(fā)動機，研制出在發(fā)動機的全壽命范圍內最小的影響社會生態(tài)環(huán)境和機組相關工作人員的健康安全——“綠色發(fā)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(fā)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(guī)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(guī)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(fā)后緣吹風的低噪聲風扇技術，有效的實現了噪聲較GE90發(fā)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(fā)動機噪聲的10～15dB污染。

3 未來大飛機發(fā)動機對有害物質的排放要求

未來大飛機發(fā)動機的發(fā)展不僅僅要滿足經濟性、低能環(huán)保的要求，還要減少有害物質的排放，減小航空發(fā)動機及部件的材料對環(huán)境、對人類的影響。美國和歐盟國家目前正在研發(fā)一種既能滿足經濟環(huán)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(huán)境[4]。為了進一步研發(fā)“綠色”發(fā)動機，現對發(fā)動機未來的發(fā)展趨勢進行研究：1）發(fā)動機的設計和生產廠家必要經過國際非官方的環(huán)境管理系統(tǒng)標準ISO14001的認證，嚴格檢測其對環(huán)境產生影響的因素，由此可以有效的控制和減少發(fā)動機對環(huán)境產生的不良影響。2）在發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(huán)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(fā)動機有害物質的排放方法[5]。4）在維修和保養(yǎng)方面，進行研發(fā)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(yǎng)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(fā)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(fā)展，相信在未來可以研發(fā)出具有經濟性、低能環(huán)保、有效減少有害物質三種特性相結合的大飛機發(fā)動機。但是，科學研究技術的發(fā)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(fā)展，再結合實際情況研發(fā)出經濟適用且環(huán)保性高的發(fā)動機，為我國剛起步的大飛機發(fā)動機提供一些實戰(zhàn)經驗和教訓，迎來我國航天事業(yè)的春天。

[1]梁春華，凌瑤.未來大飛機發(fā)動機的發(fā)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(yè)目標定位及發(fā)展路徑研究[D].北京交通大學，2015.

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

V2

A

1674-6708（2015）143-0128-01