新一代窄體客機必將需要革命性的新一代航空發(fā)動機
近日，CFM國際公司宣布推出新一代的開式風扇航空發(fā)動機驗證項目RISE，作為其窄體客機動力LEAP發(fā)動機的繼承者，并承諾在LEAP發(fā)動機的基礎上再帶來20%效率的提升，給航空界帶來了不少的轟動。近日， GE中國總裁兼GE航空集團大中華區(qū)總裁、CFM大中華區(qū)總裁向偉明先生對RISE項目進行了詳細的介紹，下面是兩機動力控制小編帶來的專訪。
RISE項目背景：減排脫碳
近年來，全球氣候問題越來越成為社會熱議與關注的焦點，由之帶來的全球性影響正促使各行各業(yè)加快減少碳排放的步伐。航空業(yè)作為目前增長最快的運輸行業(yè)，正式提出了“到2050年，二氧化碳排放量減至2005年的一半”的承諾。
前幾日，GE公司也做出了承諾：2030年實現(xiàn)自身運營碳中和，力爭2050年成為范疇3（其他間接排放）凈零公司，投入能促進全球脫碳和可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)
新技術。
在此背景下，6月14日，兩大航空發(fā)動機領域的技術領袖，GE集團與賽峰集團不僅將雙方基于CFM的合作關系延長到了2050年，還正式宣布了雙方為致力于實現(xiàn)航空業(yè)減排承諾而共同啟動了一項突破性的技術研發(fā)項目——CFM的RISE技術驗證項目。
值得聲明的是，RISE并不是指下一代發(fā)動機的具體型號，而是一個催生下一代發(fā)動機型號的驗證項目，通過未來十年驗證一系列的全新顛覆性技術，來實現(xiàn)較現(xiàn)役發(fā)動機減少20%以上的油耗和碳排放，并與100%可持續(xù)航空燃油和氫等替代能源兼容，同時這些新研技術也可以應用到現(xiàn)役的LEAP等發(fā)動機的持續(xù)改進上，產(chǎn)生更高的可持續(xù)效益。
據(jù)向偉明先生介紹，RISE項目至少涉及混合動力、復合材料風扇葉片、增材制造，以及300多個獨立的組件、模塊和完整的發(fā)動機架構(gòu)的開發(fā)與驗證。該項目驗證機計劃將于本世紀20年代中期試驗，并最終根據(jù)關鍵技術的成熟度，其定型型號在2030年代中期正式投入使用。
RISE項目擬驗證的關鍵技術。
RISE項目的核心：開式風扇架構(gòu)
開式風扇架構(gòu)不同于之前的任何民用渦扇發(fā)動機架構(gòu)，為發(fā)動機總體架構(gòu)帶來了革命性的改變，但也被業(yè)內(nèi)認為是一種激進的技術路線，畢竟之前客機動力市場上還沒有過這種產(chǎn)品正式投入商業(yè)運營。
向偉明先生表示，CFM國際公司的專家已經(jīng)對此進行了充分的論證，認為開式風扇架構(gòu)是未來航空動力最高效且最具有可持續(xù)性的選擇之一。首先縱觀航空推進系統(tǒng)的演進歷史，支持更大尺寸風扇和更高涵道比的新技術是實現(xiàn)效率突破的關鍵所在，而開式風扇避免了風扇的物理尺寸受到風扇機匣的約束。其次，CFM國際公司選擇聚焦窄體客機動力，使得開式風扇的葉片尺寸又不必過長，也會使用復合材料來制造風扇葉片。最后，就是賽峰和CFM國際公司在開式風扇上的數(shù)十年來的技術沉淀。
20世紀80年代以來，CFM國際公司就始終致力于推動先進發(fā)動機及其技術的研發(fā)，不斷挑戰(zhàn)創(chuàng)新極限，在可靠性、利用率、減排和總體擁有成本等方面為客戶創(chuàng)造最大化的價值，促進了行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。過去40年里，憑借持續(xù)的技術突破，CFM發(fā)動機已在油耗和碳排放上較上一代發(fā)動機累計減少了40%。
在上世紀80年代，GE公司攜手賽峰集團合作研發(fā)的GE36無涵道發(fā)動機(UDF)誕生，然而，由于之后石油價格的大幅下跌，客戶興趣減弱，以及受當時技術限制無法達到可接受的噪音水平等種種因素，GE36未能正式投入商業(yè)運營。
2017年，由賽峰集團聯(lián)合GE的Avio Aero公司合作研發(fā)出的反向旋轉(zhuǎn)開式轉(zhuǎn)子(CROR)發(fā)動機，與如今的發(fā)動機相比，CROR無論是在油耗還是碳排放方面的改進都十分顯著，開式風扇架構(gòu)得到了進一步的完善與發(fā)展。
混合動力在窄體客機發(fā)動機上的首次應用
除了開式風扇架構(gòu)以外，RISE 項目還將涵蓋混合動力的研發(fā)，通過集成燃氣輪機和電動馬達來實現(xiàn)類似汽車行業(yè)的混合電動，這是實現(xiàn)降低航空運輸碳排放目標的關鍵技術之一。
如果這項技術能夠成功實施，CFM公司將有望成為首家在單通道飛機發(fā)動機領域引入混合動力的公司。
從RISE 項目的介紹資料來看，這個可能涉及關鍵的大功率嵌入式發(fā)電機技術，具有極大的挑戰(zhàn)。
向偉明先生也坦承，目前還沒有這方向詳細的技術信息可供披露，但是GE和賽峰集團具備在電氣工程、制造、配電和發(fā)電以及先進材料研究方面的全球性領先經(jīng)驗，并且在投入使用前還有10余年的研發(fā)驗證時間來完善混合動力方案。
可持續(xù)航空燃料(SAF)和氫燃料
為確保新一代發(fā)動機與可持續(xù)航空燃料(SAF)和氫能源的兼容，RISE項目小組還將攜手業(yè)界伙伴，加速推動100%可再生航空燃料的認證與使用。
自2006年以來，CFM國際公司已在眾多地面和飛行試驗中使用可持續(xù)航空燃料，其客戶已經(jīng)使用目前批準的SAF混合燃料進行了數(shù)十萬次商業(yè)飛行
作為RISE技術項目的一部分，工程小組將研發(fā)100%使用可持續(xù)航空燃料（SAF）和氫能源的可行性。
一旦這些100% SAF能源得到航空管理部門的批準，CFM國際公司今后研發(fā)的發(fā)動機都將與此類燃料兼容。
此外，為確保新一代發(fā)動機與可持續(xù)航空燃料(SAF)和氫能源的兼容，RISE項目小組還將攜手業(yè)界伙伴，加速推動100%可再生航空燃料的認證與使用。
發(fā)動機和飛機集成
飛機制造是項龐大而復雜的系統(tǒng)工程。下一代開式風扇架構(gòu)發(fā)動機可采用高翼吊、低翼吊或尾吊三種形式與飛機進行整合。
如果按照目前的飛機設計方案，采取高翼吊安裝，則噪聲可能會急劇增大，這就可能需要在飛機上增加額外的消音裝置；采取低翼吊安裝，則需要更大的起落架；如果安裝在機身后部，則要求的機身進行特別加強，這都會增加結(jié)構(gòu)重量。
因此，這種新型設計必須與飛機制造商進行更緊密的合作，才能充分優(yōu)化先進架構(gòu)發(fā)動機裝機后的性能。這將對飛發(fā)協(xié)調(diào)、甚至發(fā)動機的運營和維修整個體系都帶來巨大的改變。
向偉明先生解釋稱，CFM國際公司對未來航空的預測是必將革命性的改變，要實現(xiàn)航空業(yè)脫碳的目標，下一代的飛機必然是革命性的全新設計，如果進隊現(xiàn)有機型作改良或換發(fā)是很難實現(xiàn)這樣跨越式的減碳目標的。因此CFM國際公司提前啟動，確保下一代的飛機研制的時候，下一代發(fā)動機也已經(jīng)就緒。
小結(jié)
總之，未來航空業(yè)的進步也將更加依賴整個航空生態(tài)鏈的密切合作。如今，GE航空集團已同全球各國建立了牢固的合作伙伴關系，攜手美國聯(lián)邦航空局（FAA）和美國航空航天局（NASA），通過CLEEN計劃（即持續(xù)降低能耗、排放和噪音計劃）推動可持續(xù)航空技術的研發(fā)。賽峰集團也與Avio Aero公司一同參與了歐洲清潔航空研發(fā)項目，共同致力于推動實現(xiàn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標。
在航空業(yè)處于轉(zhuǎn)型發(fā)展關鍵期的今天，深諳創(chuàng)新之道的CFM堅定地將目光投向了未來，推出RISE技術驗證項目。未來，當凝聚著技術突破與創(chuàng)新的新一代發(fā)動機飛向藍天之時，相信生生不息的航空探索精神也將再次助力航空業(yè)續(xù)寫新章。
