未来大飞机发动机的发展趋势

赵芷琪

沈阳市第二中学，辽宁沈阳 110016

未来大飞机发动机的发展趋势

赵芷琪

沈阳市第二中学，辽宁沈阳 110016

随着世界科学技术的进步，未来航空事业的发展更会如火如荼的进行，具有潜在的发展前景和进步空间，而发动机作为飞机的重要组成部分，会朝着更环保、更经济的方向发展。本文就从经济性价比、节能减排、减少有害物等3方面对未来大飞机发动机的发展趋势进行探讨。

大型飞机；发动机；发展趋势

发动机由于需要在高温高压高转速的环境下长时间、反复的工作，其制作难度和对工业技术的要求远远超过其他行业的发动机，飞机发动机的研制时间甚至要比整架飞机的耗时量还要大的多，飞机发动机的正常运行才能保证飞机的正常飞行，可见飞机发动机对于飞机的重要性[1]。因此，大力发展飞机发动机，为未来航空事业的发展指明了方向，给未来的航空事业带来了更为广阔的发展前景是我国乃至世界航空产业的一门重要课题。相对于传统的双转子涡轮风扇发动机，未来大飞机的发动机必须要实现低压转子在效率较高的转速下正常工作，同时还要有效减小发动机的噪声污染，降低废物排放量、减少有害物质产生的绿色环保发动机，而且在研制发动机是需要充分考虑发动机的全寿命成本和对机组相关人员身体健康的影响，最大限度的体现未来大飞机发动机的所有功能。本文针对未来大飞机的发展趋势进行以下几点论述。

1 未来大飞机发动机的经济性要求

任何事物的长期稳定发展都离不开在价格上实现物美价廉的要求。而飞机作为一种高科技高投资的交通工具，其较大的造价成本和耗油量、维护费用严重的制约了航空产业的发展。因此，在未来的飞机发动机研制中，经济耐用型的大飞机发动机一直是我国航空事业追求的目标，主要从降低耗油量和延长使用寿命两方面来进行[2]。在21世纪初，CFM56、PW4084、GP7000等大飞机的发动机已经在经济性方面有所提高。主要体现在巡航状态耗油量已经从20世纪50年代JT3D发动机的0.85～0.95kg/（kgf·h）下降到90年代的GE90发动机的0.50～0.55kg/（kgf·h），其间的全寿命费用已经相对于以往的发动机有了显著的降低。为了进一步的提高未来飞机发动机的经济性要求，美国和欧盟国家进行了一系列的科技研究计划，旨在大力降低飞机发动机的耗油量和降低发动机的全寿命费用成本。航空专家对大飞机发动机的经济性进行了预计，尤其是对发动机的耗油量进行了预计。在2015年，R·R公司的RB282对转涡扇发动机和PW公司的PW1000G齿轮驱动涡扇发动机的耗油率可能会比以前的发动机降低15%，在2020～2025年间可能会降至20%，到2026～2035年间将会下降到30%，可见未来大飞机的耗油量相比以前的发动机将会出现明显的降低，极大的提高了未来大飞机的经济型要求。

2 未来大飞机发动机的环保型要求

低能环保是所有产业在未来发展都必须满足的强制性要求，尤其是大飞机发动机在未来的发展[3]。在21世纪初，GE90、GP7200、PW4084等民用涡扇发动机在大量降低噪声污染和低能排放技术方面取得了较好的环保效果，为了进一步的提高未来飞机发动机的环保性要求，美国和欧盟国家进行了一系列的技术研究计划，旨在大力降低飞机发动机的噪声污染、开发降低排放量、减少有害物质排放的绿色环保大飞机发动机，研制出在发动机的全寿命范围内最小的影响社会生态环境和机组相关工作人员的健康安全——“绿色发动机”。主要体现在：1）低排放。美国NASA进行了UEET研究计划，实现了NOx的排放量相对GE90发动机的排放量降低了20%、CO2排放明显降低的目标。GE公司与SNECMA公司进行了TECH56研究计划，实现了NOx 排放量明显低于国际民航组织（ICAN）规定值的50%的目标。GE公司正在实施的LEAP56研究计划，以实现NOx排放量显著低于国际民航组织的排放规定值的60%、CO2排放量明显降低的理想目标。2）低噪声。在美国UASA对UEET计划进行了研究，旨在开发后缘吹风的低噪声风扇技术，有效的实现了噪声较GE90发动机的降低10dB的目标，在2000年GE公司与SNECMA公司实施的LEAP56研究计划，实现了先进的复合材料风扇叶片、先进的轻质齿轮箱等技术，有效的降低了发动机噪声的10～15dB污染。

3 未来大飞机发动机对有害物质的排放要求

未来大飞机发动机的发展不仅仅要满足经济性、低能环保的要求，还要减少有害物质的排放，减小航空发动机及部件的材料对环境、对人类的影响。美国和欧盟国家目前正在研发一种既能满足经济环保，又能对人类及机组相关工作人员提供一个无损害、无污染、安全可靠的工作环境[4]。为了进一步研发“绿色”发动机，现对发动机未来的发展趋势进行研究：1）发动机的设计和生产厂家必要经过国际非官方的环境管理系统标准ISO14001的认证，严格检测其对环境产生影响的因素，由此可以有效的控制和减少发动机对环境产生的不良影响。2）在发动机材料选用上，必须最大限度的运用所选材料，杜绝浪费，所选材料不仅要成本低，使用方便，在维修方面可以进行多种方式维修。此外还需要充分考虑发动机的翻新周期，尽可能的选用可以使用较长时间的原材料。3）在制造工艺上，避免可以产生有害物质和废物排出的制造工艺，尽可能的研发可以是能源充分得到利用又能保证原材料有效利用的制造工艺，开发那种金属切割、钻孔、精细加工较少的制造工艺。目前可以通过净形制造工艺进行浸泡（酸水）、磨削、脱模等闭环工艺，高压水枪喷射清洗术，并主动与供应商采取合作，进一步研究减少大飞机发动机有害物质的排放方法[5]。4）在维修和保养方面，进行研发有害材料处理术、Cr6+离子表面处理替代技术等高效维护和保养技术。不仅可以采取多种方式进行维修，更可以有效的延长发动机的翻新周期。5）对于报废的部件上，尽可能选取可以进行回收再利用的原材料。如将一些部件采用先进的合金技术加工成纯金属粉末，以此提高报废报废部件的利用率。

4 结论

随着科学技术的发展，相信在未来可以研发出具有经济性、低能环保、有效减少有害物质三种特性相结合的大飞机发动机。但是，科学研究技术的发展并不是一帆风顺的，需要我们及时的掌握世界先进科学技术的发展，再结合实际情况研发出经济适用且环保性高的发动机，为我国刚起步的大飞机发动机提供一些实战经验和教训，迎来我国航天事业的春天。

[1]梁春华，凌瑶.未来大飞机发动机的发展趋势[J].航空制造技术，2011，3：26-29.

[2]户海印.中国民用航空制造业目标定位及发展路径研究[D].北京交通大学，2015.

[3]崔涛.大型涡扇发动机低压涡轮的气动设计及相关问题研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

V2

A

1674-6708（2015）143-0128-01