新一代支线客机的发动机技术革新

2017年8月29日,巴西航空工业公司(下称“巴航工业”)在宁夏回族自治区银川市举办第四届中国民航支线航空论坛,普惠发动机公司商用发动机市场总监詹姆斯·斯派奇发表了题为“新一代支线客机的发动机技术革新”的演讲。

詹姆斯·斯派奇:今天想借这个机会,和大家介绍一下新一代支线客机的发动机技术革新。先给大家介绍一下普惠发动机的产品线,会给大家介绍涡扇发动机技术,然后会讨论下一代发动机的技术未来的走向。好,现在开始。

从1925年,普惠最早推出黄蜂发动机,到205年推出齿轮发动机,整个行业发生了翻天覆地的变化。看一下商用发动机的产品系列,JT9D,JT8D是我们最新产品的技术,还有V2500,PW6000A318。普惠和巴航工业之间的关系,是由来已久了,长期以来保持非常好的关系。巴航的明星产品,都是由普惠提供的,所以普惠和巴航之间的合作伙伴已经非常悠久了。会用最新的齿轮涡扇发动机技术,来为下一代巴航的E2提供动力。

在这张图片,给大家展示的是从50年代开始,我们是用涡喷发动机,逐步的从涡喷到涡扇,从低旁通比到高旁通比的涡扇,到非常高旁通比的齿轮传动的涡扇发动机,到今天非常高的旁通比的齿轮穿洞涡扇发动机在市场当中取得了非常大的成功。在这个过程中,不的压低燃油消耗,不断的提高燃油效率和热力效率。

看PurePOWER项目,一共有五个飞机平台,一共超过了80多个客户,8000多个订单和承诺的订单。通过这个项目,降低了燃油消耗16%,降低了50%以上的排放,也降低了75%以上的噪音。同时,叶片的数量也减少了46%。所以,总体来讲,每年可以为航空公司每架飞机节省超过一百万美元,不光是燃油消耗的节省,还有很多其他方面成本的节约。

今天有14个运营商在77个机型当中,我们给他们提供了发动机的产品,整个发动机的经验、服务时间超过28万小时。可靠率达到99.9%,99.9%的可靠性是非常出色的,我们希望能更好。在前面讲到过的E2,190和195都进行了飞行测试,MRG也是做了飞行测试,MC21,在2017年首飞进行飞行测试。所以,这个项目是非常活跃的,在很多新产品当中得到了应用。

这是推力工程师,大家都非常熟悉的示意图。整个发动机工作的原理是这样的。我们可以看到最主要的是两个工作,一个是提高推力效率,燃油效率提升有两种方式,一种方式是推力效率的提升,还有一种方式是热力效率的提升。最新的齿轮涡扇技术是可以通过齿轮箱技术来驱动风扇,然后产生推力。在不断的改善风扇的效率,来提高推力的效率。通过风扇和低压压气机来形成最优的转算。热力效率的提升,我们有更好的材料,新材料的应用,轻量化的生产,使得核心机的燃油转化效率进一步提高。 整个推力效率和热力效率的提升,使运维的成本大幅度的下降,和其他的成本一起提高了燃油经济性。 这个齿轮箱是在风扇和低压压气机之间安装的一个非常重要的减速装置,这样的齿轮箱能够实现最优化的转速,来提高热力效率和推力效率的提升。所以,在风扇和低压压气机之间安装的齿轮箱,使得我们能够进一步的提高旁通率,进一步降低噪音的水平。另外,总压力也能进一步的改善,能够达到1.3,大家可以看到,推力效率怎么样提高的,是通过最新的技术来提高的。

下面给大家看一段视频,更加直观一些。

大家看到的不光是齿轮箱,其实还有很多其他的一些技术集成在这里,整个齿轮是250磅,44年之前,当时也是做过齿轮传动的模拟,但当时齿轮传动系统是600多磅,是完全做不到今天的效率,是没有办法实现燃油效率提升的。今天,整个齿轮箱的重量减重到250磅,风扇的轻量化也是取得了很大的进展。风扇穿洞的齿轮系统再加上三段高速、高压压气机的技术,不光是齿轮,还有很多像高压涡轮、低压涡轮的配合等等。目前这个系列的产品当中已经做了20多年的研发投资,风扇驱动齿轮系统不仅仅是一个齿轮系统,我们之前做了大量的研发投入,之后才投入运营。所以,我们做了大量的实验。这个齿轮是没有生命限制期的。同时,需要有非常出色的可靠性。另外,一个燃油系统在机舱里、在驾驶室里主要的指示系统都没有发生变化,还是原先的操作习惯。看上去很简单,但是我们花了20年的时间来做实验,才使齿轮传动达到今天的效果。其中一个效果就是噪音下降,73%噪音下降,在上海虹桥机场做过测试,整个的噪音都是集中在机场内部,而不会影响到周边的居民,虹桥机场周边的居民经常会抱怨飞机的噪音太大,发动机技术的提升,在飞机起降的过程中特别是在起飞的过程中对周围居民噪音的影响降到最低的程度。所以,从运营的角度来讲,原本你要交很多噪音的费用,现在就可以减少了。另外,可以延长晚间运行的时间,降低对居民的骚扰程度,提高航空运行的效率。

对空气污染的氮氧化物的下降。氮氧化物下降的排放远远低于监管要求的水平。在欧洲和其他的机场,你需要为氮氧化物的排放支付相关的环境污染费,现在它已经远远低于监管所规定的水平。

齿轮传动涡扇技术,可以说改变整个游戏规则的技术。从燃油效率、核心机的温度、零部件的数量、业载、环境、噪音的降低、排放的降低等等,都是取得了非常大的进展。所以,对于E2的项目,今天早上提到过巴航的E2的项目,我们已经拿到了1400多个发动机的订单和承诺订单。我们也和巴航进行过很多的讨论,深化了我们之间的合作,包括最终确定了190、195额定推力,也有五家机型在试飞,也积累了非常多的飞行经验,PGW1500也取得了很大的进展,16800多次的飞行和45200多个发动机小时数,都实现了99.91%的发动机可靠性。目前有17架飞机,两个运营商在进行PW1500G的运行,看到一个发动机油两个机型,有四个额定的推力。

目前,我们也准备把产品推向更广阔的市场。包括巴西的航空公司,包括南航,经过18个月的实验,也做了充分的准备,和航空公司的之间,确保他们也做好充分的准备,包括员工、零部件和其他备用件的准备,来充分为机型的投入运营做好准备。我们有一些经验非常丰富的工程师,对齿轮涡扇发动机有经验非常丰富的人员都做好了准备。

新的发动机的叶扇有了第一代,加上新的技术,这样可以更高的提升燃油经济效率。此外,还要看第二代齿轮的发动机,涡扇的压力更加低,涡扇的片数也比较少,现在朝着这个方向在努力。如果所有的问题都围绕本身的重量问题,有一个公司是联合技术公司的一部分,在这部分取得进展。原来一开始,现在齿轮涡扇发动机的推力更大,燃油经济性更好,我们将仍然提高效率。还有热效率,也是随着时间的推移,它的温度比较高,比率也比较高,我们希望能进一步的提升,提升40%,今后可能发动机的温度会更高,我们会采取更加好的材料放在发动机里,提高效率。这个技术来自于什么地方?很多的技术都是从军用发动机里获得的,比如现在有第五代的通用推进的技术,例如KC46加油机的技术,F35的战机都使用了好的发动机,这都是非常通用的新技术。在过去,在高系列发动机方面是领先的,因此进一步的采用军事发动机的技术。刚才讲怎么样才能在齿轮涡扇发动机方面提高,一个是热效率,一个是推进效率,同时降低涡扇的压力比。还要进一步的增加、提升热效益,还有核心温度方面,要进一步的充分利用军事方面,还有政府展示方面的计划,来把技术进一步的推进。因此,我们做好了准备,为下一代的发动机做好准备,但是我想说,我们要记住,现在这五个计划是什么,以及把五个不同的项目变成真正的现实。

我已经讲到现在发动机的推力还会不断的扩大,一直到12000磅的推力,也就是说它完全是可扩展的推力,这主要有推力方面的技术、核心的技术,推进到二代发动机,也就是说GTF涡扇发动机的技术就是未来的技术。

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    所有的伟大,都源于一个勇敢的开始!
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