浅谈飞机发动机的未来发展方向

顾童

【摘 要】伴随科技的不断创新，将来的航空领域必然会迎来巨大的进步。而且在这个领域中也存在较大的研究价值，对于飞机而言，发动机是必不可少的，它会在经济与环保方面被不断改善，一直沿着时代发展的轨道正常进行。文章以经济性、环保性以及降低有害物质等几个层面对飞机发动机的未来发展方向展开了探究。

【关键词】飞机；发动机；发展方向

发动机因为工作环境通常为高温高压，而且持续时间一般较长，其设计难度与要求是其它任何领域都无法比拟的，其发动机设计至出厂的锁消耗的时间要比飞机整体的研制长的多，而且只有发动机正常运转才能确保飞机的正常航行，因此飞机发动机是必不可少的。所以，在飞机发动机的研究领域投入足够的精力可以为航空领域的发展奠定良好的基础，而且具有重大的现实意义。

1 经济性发展

不论哪个领域，想要发展势必要考虑到经济性这一重要因素。而针对飞机发动机而言，其经济性重点表现为低耗油率和全寿命费用两个方面。自进入二十一世纪之后，CFM56、GE90、PW4084等发动机的经济性获得了较大的发展，主要表现为：巡航状态耗油率从1950年JT3D和AVON等发动机的0.85～0.95kg/（kgf·h）、降低至1990年的GE90、PW4084、TRENT900等发动机的0.50～0.55kg/（kgf·h）；全寿命费用针对1950年的JT3D与AVON等发动机有了较大的减少。为持续提升飞机发动机的经济性，美国和欧盟国家依然做出了較大的努力，为了适应日益严峻的市场竞争环境，必须要不断在减少耗油率和全寿命消耗上做出较大的改善，只有这样才能保证发动机朝着良性的经济方向发展。

针对美国而言，GE和SNECMA公司在二十世纪末期至二十一世纪前期实行了TECH56计划，研究与论证高载荷高压压气机、高载荷高压涡轮、对转低压涡轮等，最终和二十世纪末期的CFM56发动机对比而言，得到了具备消耗减少15%～25%，耗油率下降4%～7%，维护投入下降15%～20%的成果。GE和SNECMA公司实行LEAP56计划，研究与论证复合材料风扇机匣、复合材料风扇叶片、低费用的外部硬件等，得到了具备消耗减少10%～15%，维护投入下降15%～25%，初始机生命周期增加25%的成果。

针对欧盟而言，以R·R公司为代表的众多机构在2000年初着手实行经济可承受的近期低污染发动机（ANTLE）研发计划，研究与论证提升热力/推进/部件效率和降低零件重量的方式，并在2008年得到了让耗油率减少12%、固有消费减少20%、可靠性提升60%、研发周期减少50%、生命周期内的费用减少30%的成果。以R·R公司为代表的众多机构在2008年着手施行经过改善的发动机构成体系验证（DREAM）计划，研究和论证开式转子发动机和其改善的系统，并在2011年获得了耗油率减少10%～15%、固有消费明显减少的成果。以R·R与SNACMA为代表的企业在2009年实行了可保持且绿色的发动机（SAGE）分研发计划（部件和发动机级），并于2014年得到了耗油率减少15%”的成果。

经过上述工艺的研究与论证，可以预测飞机发动机的经济性，尤其是油耗率会获得较大的改善。至2015年R·R企业的RB282对于转涡扇发动机、PW企业的PW1000G齿轮驱动的涡扇发动机以及CFMI企业的LEAP-X发动机的耗油率会与之前的发动机相比减少15%；预期到2025年PW和MTU企业的第2代2级对转风扇的齿轮驱动涡扇发动机与R·R、CFMI企业的第1代开式转子发动机的耗油率会比之前的发动机减少20%～25%；预计至2035年，PW与MTU企业的第3代回热型齿轮驱动涡扇发动机、RR企业和CFMI企业的第2代开式转子发动机、R·R与MTU企业的间冷回热循环发动机的耗油率与之前相比会减少30%。因此，不论哪个领域，想要发展势必要考虑到经济性这一重要因素。

2 环保性发展

不论是哪个领域，其发展的前提必须是节能环保，特别是飞机发动机而言，这个目标应当更加明确。在二十一世纪前期，GE90、GP7200、PW4084等民用涡扇发动机于许多减少噪音于节能减排方面做出了较大的改善，为深入提升将来飞机发动机的环保性需求，美国与欧盟国家实施了许多的技术探究，主要是为了实现减少发动机产生的噪音、节能减排等目标。研发出发动机在自身整个生命周期内对社会与人类健康产生负面影响最低的绿色发动机。具体方式重点表现为：第一，减排。美国NASA实施了UEET计划，并获得了NOx排量对于GE90排量减少20%、CO2排量显著减少的良好成果。GE企业和SNECMA企业实施了TECH56计划，并获得了NOx排量在较大程度上小于ICAN标准值的50%的良好成果。目前，GE企业处于施行LEAP56计划中，其目的是为了达到NOx排量在较大程度上小于ICAN标准值的60%，并使得CO2排量显著减少。第二，减少噪音。美国的UASA对于UEET计划展开了探究，重点目标是在研制后缘吹风的低噪音风扇技术，并取得了噪音比GE90发动机小10d B的成果，此外于2000年，GE企业和SNECMA企业实行的LEAP56计划，获得了优良的复合材料风扇叶片、轻质齿轮箱等技术，从很大程度上减少了发动机的噪音污染。通过以上研究可以看出，在发动机的发展途中环保性必不可少。

3 对于有害物质的排放严格掌控

将来的飞机发动机的发展不但要实现经济性、节能环保性，而且要从某种程度上降低有害物质的排放量，降低发动机和零件的材料对环境、人类等生物造成的不良影响。美国与欧盟国家当前正着手于研究一类不但可以实现经济环保，而且可以为人们生存的环境的洁净度提供保障的工作环境。为深入探究绿色发动机，应当在以下几个方面对发动机的发展展开探究：第一，发动机的设计与制作商应当通过国际非官方的环境管理系统标准ISO14001的准许，彻底筛查对环境造成不良影响的元素，通过这种方式能够从很大水平上管理与降低发动机对环境造成的损坏程度。第二，在发动机材料的选择方面，应当合理配置资源，避免浪费，选择材料应当秉持低消费、高便捷，在维修上应当选择方法的多样性。与此同时，应当最大限度地想到发动机翻新期限，最大限度地选择使用期限长的原料。第三，针对生产技术而言，应当预防采用有害物质与废物排放较少的生产技术，最大限度地研究出能源充沛且实现材料的合理配置的生产技术，研究出类似钻孔、精细加工工作量较低的生产技术。当今，能够借助净形生产技术展开浸泡、磨削、脱模等闭环操作，同时积极和供应商展开协作，深入探究降低飞机发动机有害物质的排放方式。第四，针对维修与保养而言，实施研究有害材料处理术、Cr6+离子表面处理替代术等。不但能够使得维修方法实现多样性，而且能够从较大程度上拉伸发动机翻新的间隔。第五，针对报废的零件而言，应当最大限度地选择能够循环使用的原材料。例如把部分零件选择优良的合金工艺制作为纯金属粉末，来提升报废领域的使用效率。。

4 结论

伴随科技的不断进步与创新，在不久的将来必然会研究出具备经济性、节能环保性以及最大限度地降低有害物质产生的三个特点于一体的飞机发动机。然而在科技的研究领域中遭遇的困难较多，这必然要通过各个领域专业人士的共同努力，必须不断完善相关的技术，以实际情况作为出发点，研究出经济环保的发动机，给国内航天领域的发展奠定良好的基础。

【参考文献】

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