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轉載|2022年全球商用航空發(fā)動機市場和技術發(fā)展綜述

2023-01-05 20:00:03

北京韋林意威特工業(yè)內窺鏡有限公司銷售的韋林內窺鏡是航空發(fā)動機的直觀探查利器，為航空發(fā)動機維修決策的制定提供準確的檢測數據支撐。北京韋林意威特工業(yè)內窺鏡有限公司非常關注國內乃至國際航空發(fā)動機市場和技術的發(fā)展狀況，在此與大家分享微信公眾號“全球航空資訊”發(fā)表的文章《2022年全球商用航空發(fā)動機市場和技術發(fā)展綜述》，原文作者：程文旺。

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據美國《航空周刊》網站2022年12月22日刊文，全球商用航空發(fā)動機制造商認為，2023年的處境應該會比過去三年要好得多，盡管面臨持續(xù)的供應鏈和就業(yè)壓力，但發(fā)動機產量正在增長，單通道和雙通道飛機的發(fā)動機使用率也在增加。同時，各家發(fā)動機制造商也在積極探索新的技術途徑，以實現更可持續(xù)的未來。

GE公司和賽峰集團今年的發(fā)動機交付量大幅增加，但仍落后于空客公司和波音公司的目標。今年空客A320neo和波音737 MAX的Leap系列發(fā)動機的交付量自2019年以來首次超過1000臺，盡管這一數量高于2020年交付的815臺和2021年交付的952臺，但恢復到2019年之前的水平，還需要一段時間，2019年，CFM國際公司共交付了1736臺Leap發(fā)動機和391臺CFM56-5/7。2022年第三季度末，CFM國際公司交付347臺Leap發(fā)動機，比2021同期增長53%，加上今年上半年交付的460多臺，截至10月初，共交付812臺。

發(fā)動機延遲交付對空客公司的影響尤其嚴重，該公司最初希望在2022年底前以每月50架的速度生產A320neo系列飛機，發(fā)動機由CFM國際公司和普惠公司提供。由于發(fā)動機制造商的交付延遲，空客公司被迫將原計劃的2023年65架的月產量實現節(jié)點推遲6個月，但仍希望到2025年月產量達到75架。

對于完全由CFM國際公司提供動力的737 MAX飛機，如果發(fā)動機按期交付，波音公司的目標是在第二季度之前從目前的月速率30-31架提高到33-34架左右。除此之外，基于CFM國際公司等主要供應商的生產決策，波音公司的目標是到2023年底達到每月最低40架左右的產量。

普惠公司的生產速度也在加快，第三季度共生產了192臺大型商用發(fā)動機，其中大多數是PW1100G發(fā)動機。到10月初，發(fā)動機交付量為488臺，有望達到或超過2021年全年的623臺。大約30%的PW1100G發(fā)動機是由普惠公司的合作伙伴MTU航空發(fā)動機公司生產的，而位于康涅狄格州米德爾敦的主要PW1100G生產線每月可生產約44臺發(fā)動機。該生產線的設計產量為每月60臺，在疫情前不久，產量達到63臺。盡管零部件和勞動力仍面臨挑戰(zhàn)，普惠公司預計到2023年將實現更全面的復蘇。

由于對受嚴重影響的寬體市場的依賴，以及近年來在787飛機生產暫停期間向波音公司的交付幾乎停滯，羅羅公司自2019年以來受到的打擊尤其嚴重。然而得益于為空客A350飛機獨家提供遄達XWB發(fā)動機，該公司的大型發(fā)動機生產能力得以持續(xù)。該公司的發(fā)動機交付量從2019年的729臺下降到2022年的309臺(其中195臺為寬體機)，該公司希望中期內穩(wěn)定在略低的產量上，但公務機和商用發(fā)動機之間的分配更加均勻。2022年上半年，該公司交付了149臺發(fā)動機，其中78臺是大型民用發(fā)動機。

對于燃氣輪機制造商來說，除了渴望回歸正常之外，每個公司實現可持續(xù)發(fā)展的愿景是不盡相同的。所有公司都在繼續(xù)爭奪新技術的領先地位，這些新技術涵蓋了可持續(xù)航空燃料、混合動力、先進架構、氫燃燒和燃料電池等。

羅羅公司備受期待的UltraFan發(fā)動機將于明年年初開始試運行。由于投入到該項目上的資金較少，且沒有確定的應用對象，羅羅公司對該項目的開發(fā)持謹慎態(tài)度。

目前普惠公司正在進行GTF“優(yōu)勢”發(fā)動機的認證測試。該發(fā)動機的推力最高可達3.4萬磅（15.42噸），計劃于2024年年中在A320neo系列飛機上投入使用。“優(yōu)勢”發(fā)動機在高低壓轉子上采用了一系列材料、設計和流路升級技術，海平面推力可提高4%，在更高海拔可以提高8%的推力，同時不增加工作溫度。

發(fā)動機制造商和空客公司正合作開發(fā)和飛行測試未來的推進系統(tǒng)。預計下一代飛機將實現更緊密的機身推進一體化，而波音公司目前的立場是繼續(xù)專注于衍生產品，而不是任何全新的設計，這將使這家美國制造商處于不利地位。

繼2022年宣布CFM國際公司將在空客A380試驗臺上對RISE（可持續(xù)發(fā)動機革命創(chuàng)新計劃）開式轉子和GE公司的氫燃料Passport進行飛行測試之后，空客公司11月宣布，同樣的氫燃料試驗臺也將用于評估由氫燃料電池驅動的2.1兆瓦螺旋槳發(fā)動機。到目前為止，該項目還沒有涉及傳統(tǒng)的發(fā)動機制造商。

其中最不尋常的是Boom超音速公司，該公司沒有找到主流合作伙伴為其1.7馬赫的“序曲”客機開發(fā)發(fā)動機。12月，該公司宣布成立了一個行業(yè)團隊，專門開發(fā)定制的推進系統(tǒng)。該團隊由佛羅里達渦輪技術公司、GE Additive公司和Standard Aero組成，其任務是設計、開發(fā)和認證35000磅（15.88噸）的大推力中等涵道比渦扇發(fā)動機，計劃本十年末服役。

在亞音速領域，空客公司還與普惠公司和MTU航空發(fā)動機公司合作，參與歐洲“清潔航空”研究計劃下的另一個先進推進項目Switch。Switch的目標是在21世紀30年代中期投入使用，目標是減少25%的二氧化碳排放，減少80%的氮氧化物排放，并減少不明原因的尾跡排放。在WET概念下，從廢氣中收集水，并使用熱交換器將水蒸發(fā)成蒸汽。蒸汽被注入燃燒室，從而提高了燃料效率。

為了處理使用熱交換器產生的瞬時功率延遲，混合動力推進系統(tǒng)將在高壓轉子上安裝柯林斯公司開發(fā)的500kW電動發(fā)電機，在低壓轉子上安裝1兆瓦電動發(fā)電機。除了提供瞬時功率外，混合動力系統(tǒng)還設計用于在起飛和滑行時提供動力。

“清潔航空”計劃下的兆瓦級混合電力推進系統(tǒng)研究項目同樣授予了羅羅德國公司和GE Avio公司。在HE-ART（用于支線飛機的混合動力推進系統(tǒng)）項目下，羅羅公司正牽頭開展混合動力渦輪螺旋槳技術驗證。GE Avio的母公司GE Aerospace已經在NASA的電動動力總成飛行演示(EPFD)項目下開展了廣泛的電力推進工作，該公司正在與歐洲合作伙伴開展一個名為Amber的類似項目。

從UltraFan開始，羅羅公司牽頭的研究團隊在Heaven（新型氫動力架構設計）項目下也在研究混合動力技術和氫能源在大型渦扇發(fā)動機上的應用。同樣，GE Avio公司也獲得了Hydea項目下的氫氣直燃研究項目，但尚未公布細節(jié)。

在航空發(fā)動機演示和氫能飛機集成戰(zhàn)略聯盟(Cavendish)的領導下，羅羅公司還牽頭研究液氫在渦扇發(fā)動機中的直接燃燒，目標是高效率和低氮氧化物排放。該項目還將探索雙燃料燃燒室和低溫壓縮儲罐技術。

與此同時，普惠公司正在NASA的混合熱效率核心(HyTEC)項目下擴大與美國宇航局（NASA）的研究工作，以證明SAF與用于小型發(fā)動機核心機先進燃燒室的兼容性。該合同是繼2021年其他HyTEC研究項目之后簽訂的，涵蓋未來高壓渦輪設計和材料技術，重點是開發(fā)和測試燃料和空氣混合器以獲得最佳效率，然后測量飛機使用Jet A燃料和高混合比例SAF的排放和噪音。

HyTEC項目下的先進渦輪研究預計將集中于下一代陶瓷基復合材料(CMC)、環(huán)境障涂層，并采用先進的冷卻和空氣動力學方法，以實現新的部件設計和更高的效率。

GE公司也簽訂了一系列HyTEC合同，包括開發(fā)和測試先進的高壓壓氣機、渦輪空氣動力學、葉片和環(huán)境障涂層、CMC燃燒室襯套。同時也在HyTEC下進行功率提取驗證。

普惠公司表示，在HyTEC的第二階段，計劃展示一種由高壓壓氣機、高壓渦輪和燃燒室組成的利用第一代齒輪渦輪風扇技術的核心機。該階段計劃于2024年至2027年進行。

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以上內容和圖片均來自微信公眾號“全球航空資訊”，感謝原作者的辛勤付出。2023已經悄然來到了我們身邊，全球商用航空發(fā)動機在新的一年里會有怎樣的發(fā)展態(tài)勢，也許還需我們拭目以待，但是我們可以確信的是，制造商們都在積極探索，他們不僅著眼當下，更是為了未來的可持續(xù)發(fā)展而奮力前行。北京韋林意威特工業(yè)內窺鏡有限公司愿與大家攜手并進，共創(chuàng)美好未來！