开式转子的强势逆袭

下一代民用航空动力是什么样子？恐怕没人清楚地知道，唯一明确的是，它的经济性必须有革命性提高。这是航空运营商眼前的需求，这一需求在可预见的未来仍然刚性十足。今天的高涵道比涡扇发动机，性能提升潜力并未穷尽，但前提是涵道比必须提升到15以上，遗憾的是发动机的尺寸不能无限制增加。空客和斯奈克玛的研究人员发现，曾经作为航空动力新概念被浅尝辄止的开式转子发动机，现在需要回头重新审视。

开式转子发动机没有外涵道外壳，轻松实现了“超高涵道比”，能够显著降低燃油消耗。而同时由于没有庞大的外涵外壳，重量和阻力都显著降低。早在上世纪80年代末，通用电气就对GE36无涵道风扇发动机进行过飞行验证，但随着石油危机的结束，人们对开式转子发动机的研究热情也随之降温，这一概念被束之高阁。2010年后，在对经济性需求日益严苛的风潮下，开式转子概念重新被翻腾出来，美国NASA出资支持通用电气对开式转子发动机的桨叶进行了风洞试验，但这项工作由于NASA支持力度的变化徘徊不前。这样一来，斯奈克玛和欧洲洁净天空计划反而后来居上。欧洲人希望新一代开式转子发动机能够成为CFM公司Leap系列的后继者，在航空动力方面为欧洲扳回一城。

经典福特三发飞机“铁皮鹅”的设计者比尔·斯托特在1925年曾无比精辟地把民用客机定义为“能够依赖空气动力飞行同时经济上能够自理的飞行器”。飞机是如此，动力也是如此。开式转子发动机实现“经济自理”的关键问题是，研究者必须让油耗利益与防护增重实现最佳契合。传统涡扇发动机的外涵道外壳本身具有防护性，即便叶片发生断裂故障，也能防止飞出物对机身构成损伤；而开式转子发动机的桨扇外部无包覆物，一旦叶片断裂便成为致命威胁。为机身加装防护部件当然能搞掂难题，但由此增加的重量会让发动机经济性提升效果减分不少。按照空客测算，在常规T形尾翼飞机上采用推进式开式转子发动机，防护部件会让整机增重近500千克，这一代价显然无法接受。研究人员必须开动智慧，设法改进发动机和防护部件设计，新概念的失效-安全桨扇转毂是个关键，能有效防止叶片失效撞击损伤，但这一新概念尚未完全成熟。

欧洲航空产业预测，下一代中短程客机的潜在客户对于客座油耗降幅的要求将达到40%。“这是一座相当高的山峰”，斯奈克玛副总裁加内尔表示。斯奈克玛目前正在对涵道比超过15的涡扇发动机和对转开式转子发动机（CROR）展开研究，与现有CFM Leap-1相比，对转涡扇发动机油耗可望降低16%，噪音降低20分贝，而CROR油耗降幅可达26%，噪音下降10分贝。综合考虑，斯奈克玛相信，齿轮传动开式转子发动机可能是最佳解决方案。

在“洁净天空”计划框架内，斯奈克玛正在积极研制一台齿轮传动开式转子演示样机，计划在2015年底开始地面试车。空客则对新型发动机与飞机的结合、各种不同构型以及适航认证问题展开研究。目标是在2017年实现起发动机的经济自持性，并在“洁净天空2”计划框架内展开飞行验证。

无论如何，曾经先红火后冷落的开式转子发动机，现在重新进入了研究人员的视线。在现代喷气发动机工作机理没有彻底革新的背景下，开式转子显然让动力产业嗅到了一丝成功的味道。