【白皮书说】国内外民用航空发动机技术发展
来源:爱博体育 发布时间:2024-10-06 23:19:12随着全球航空业的持续不断的发展,民用航空发动机技术也在不断突破,本报告将深入探讨2023年国内外
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随着全球航空业的持续不断的发展,民用航空发动机技术也在不断突破,本报告将深入探讨2023年国内外民用航空发动机领域的最新动态,从罗罗公司的超扇发动机技术验证机的成功试车,到普惠加拿大公司的新型PW545D发动机的推出,再到GE公司和赛峰集团的RISE发动机项目的概念评审里程碑,我们同样见证了中国航空发动机技术的快速发展。CJ1000A和CJ2000发动机的研发进展,预示着中国在民用航空发动机领域的自主创造新兴事物的能力正在迅速提升,有望在未来几年内实现与国际领先水平的接轨。
2023年5月,RR公司在位于德比工厂的试车台上完成了“超扇”(UltraFan)发动机技术验证机的首次试车,且使用了100% SAF。发动机采用了Advance3核心机、碳钛风扇叶片、复合材料机匣和齿轮传动风扇,其动力齿轮箱运行功率曾达64MW,创下世界纪录。2023年11月,技术验证机完成最大推力试车,推力达到了377.85kN,比设计时的目标推力高22.23kN。
2023年5月,普惠加拿大公司宣布将为德事隆航空公司的赛斯纳“奖状”系列新机型——雅晟(Ascend)公务机推出新型PW545D涡扇发动机。PW545D发动机是PW500系列的最新改型,基于PW545C发动机开发,采用了新材料和新技术,最重要的包含更高效的高压压气机、升级的单级高压涡轮模块,以及先进的排气混合器。
2023年8月,FAA向RR公司的“珍珠”700发动机颁发了型号合格证,该发动机于2022年已获得欧洲航空安全局(EASA)的型号合格证。发动机将配装湾流公司的G700和G800大型公务机,推力为81.2kN,比RR公司上一代公务机动力BR725发动机的推力提高了8%。
自2010年以来,霍尼韦尔公司一直在进行CLEEN计划前两个阶段的研发工作,开展公务机发动机高压核心机研究。2023年,霍尼韦尔公司在CLEEN计划的第三阶段研发中增加了新的项目,包括紧凑型高功率低压涡轮和高效风扇模块等低压系统的研究,并计划在2024年进行高压核心机、风扇和低压涡轮模块试验。
2023年10月,俄罗斯UEC对PD-35发动机进行了首次核心机试验,试验在模拟全尺寸发动机工作条件下进行。PD-35发动机是俄罗斯历史上尺寸最大的涡扇发动机,风扇直径达到3.1m,于2016年开始研制,预计于2030年开始批量生产,计划配装安-124大型军用运输机和伊尔-96-400M远程宽体客机。
在航空环境低影响开式转子(OFELIA)项目下,赛峰集团将与26家欧洲工业关键合作伙伴共同开展新型开式转子发动机技术验证。OFELIA项目为期3年,从2023年1月持续到2025年12月,总投资1亿欧元,目标是验证2035年投入到正常的使用中的窄体飞机发动机开式转子架构的优势,路线飞行试验台上开始做飞行测试。赛峰飞机发动机公司、Avio公司和吉凯恩(GKN)公司将合作设计制造开式转子发动机验证机的部件。
2023年11月,GE公司和赛峰集团完成可持续发动机革新技术(RISE)项目开式转子发动机的概念设计评审,共进行了100余次测试。RISE项目主要特征包括直径3.96m的开式转子、大功率齿轮传动系统和紧凑型高压核心机。该项目还包括混合电推进和氢能研究,11月在美国国家航空航天局(NASA)电推进飞机试验台进行了测试,已经验证了GE公司的混合电推进系统结构,为RISE项目发展混合电推进涡扇发动机奠定了基础。
GE公司正在小幅改进并测试LEAP发动机的一些部件,包括燃油喷嘴、高压涡轮叶片和尾喷管,以解决LEAP发动机在印度和中东这些多尘的国家和地区的耐久性。由于沙尘多的环境增加了发动机的维护需求,GE公司此前已经修改了配装波音787飞机的GEnx发动机和配装波音777飞机的GE90发动机的一些核心部件,解决了沙尘环境下的耐久性问题。其中,针对GE90发动机改进了机匣、燃油喷嘴、叶片和燃烧室衬套,而这些前期工作为解决LEAP发动机类似的耐久性问题提供了基础。
高压涡轮叶片是配装空客A330neo飞机的遄达 7000发动机和一些配装波音787飞机的遄达1000发动机上的限寿件。RR公司提出开发一个可翻新的升级包,以提高高压涡轮叶片耐用性,进而提高发动机的在翼时间。早在2022年8月,用于遄达7000发动机的耐用性增强包已经获得适航认证,如今科威特航空公司已在使用,延长了发动机的在翼时间。早于该增强包推出的遄达7000发动机可在其首次大修期间接受升级。同样的升级包也适用于遄达1000TEN发动机,RR公司计划在2024年年初应用于该发动机,2025年时将其在翼时间增加一倍。
此外,RR公司还计划利用“超扇”发动机的技术改进配装A350-1000飞机的遄达 XWB-97发动机,以提高可用性、效率和可靠性,这些计划包括碳钛风扇叶片、低排放燃烧室以及高温材料和部件。
GE90系列发动机专为波音777系列飞机设计,于1995年投入市场,截至2023年9月,GE公司交付了第3000台GE90生产型发动机。其中,408台为GE90-94B,2592台为GE90-115B。GE90发动机创造了许多首次纪录:首型使用碳纤维复合材料风扇叶片的商用发动机;首型推力超过444.5kN的民用发动机;首型通过双发延程飞行(ETOPS)认证的发动机;首型通过增材制造部件认证的商用发动机(T25传感器机匣);首型使用双环腔燃烧室的商用发动机。
截至2023年10月,普惠加拿大公司达到了一系列里程碑,包括发动机累计飞行10亿h、PT6发动机诞生60周年,以及5月份第6000台PW300系列涡扇发动机的交付。11月,用于ATR42-600S支线XT-L发动机获得加拿大交通部适航认证,这是公司发动机第200次获得认证。
俄乌冲突导致美国和欧洲对俄罗斯发起全面制裁,因此,俄罗斯发起国产化行动,用国产产品替换进口产品,并开发适用和配装国产产品的改进型客机。
针对MC-21干线客机,俄罗斯伊尔库特公司开发了改进型飞机MC-21-310,用国产复合材料机翼组件替换相应的进口组件;用国产PD-14发动机替换最初采用的普惠PW1400G发动机。俄罗斯预测,到2030年超过50%的PD-14发动机生产任务将由UEC下属的彼尔姆发动机公司承担,该公司预计将生产450台PD-14发动机。2023年4月初,彼尔姆发动机公司已开始批量生产该发动机。
针对SSJ-100支线客机,苏霍伊航空控股公司改型研制了SSJ-NEW客机,用国产PD-8发动机替换原装的赛峰集团和土星科研生产联合体共同研制的SaM146发动机。2023年8月,SSJ-NEW试验样机完成首飞,为加快试验进度,首台试验样机依然采用了SaM146发动机。10月,PD-8发动机装在伊尔-76LL飞行平台开始飞行试验。目前,SSJ-100客机的部件、附件和系统的国产化替代工作正在全面开展。
根据自新闻媒体报道,2023年初,CJ1000A发动机装载在航空工业试飞中心一架以运-20运输机改造的发动机通用飞行台上完成了首次试飞。这也代表着CJ1000A发动机已经走完了概念设计、初步设计、详细设计等阶段,已进入试验与验证的中后期的飞行验证。根据中国航发商发公布的信息,CJ1000A发动机预计最快2024年装配在C919飞机上,进行平台和动力适航取证,最快2025年完成取证、并交付客户运营。
根据中国航发商发公布的信息,2020年3月,CJ2000发动机核心机首次点火成功;2020年7月,CJ2000AX技术验证机首成整机装配。2020年12月,CJ2000AX技术验证机进入整机试车阶段。
根据自新闻媒体报道和预测,总的来看,CJ2000发动机相比CJ1000AX发动机,进度晚2年半左右。参考CJ1000A发动机研制进度,预计2025之后CJ2000发动机进入运-20空中试车台进行试飞,在2027年左右取得适航证。