淺談飛機(jī)發(fā)動機(jī)的未來發(fā)展方向

顧童

【摘 要】伴隨科技的不斷創(chuàng)新，將來的航空領(lǐng)域必然會迎來巨大的進(jìn)步。而且在這個領(lǐng)域中也存在較大的研究價值，對于飛機(jī)而言，發(fā)動機(jī)是必不可少的，它會在經(jīng)濟(jì)與環(huán)保方面被不斷改善，一直沿著時代發(fā)展的軌道正常進(jìn)行。文章以經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性以及降低有害物質(zhì)等幾個層面對飛機(jī)發(fā)動機(jī)的未來發(fā)展方向展開了探究。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)；發(fā)動機(jī)；發(fā)展方向

發(fā)動機(jī)因為工作環(huán)境通常為高溫高壓，而且持續(xù)時間一般較長，其設(shè)計難度與要求是其它任何領(lǐng)域都無法比擬的，其發(fā)動機(jī)設(shè)計至出廠的鎖消耗的時間要比飛機(jī)整體的研制長的多，而且只有發(fā)動機(jī)正常運轉(zhuǎn)才能確保飛機(jī)的正常航行，因此飛機(jī)發(fā)動機(jī)是必不可少的。所以，在飛機(jī)發(fā)動機(jī)的研究領(lǐng)域投入足夠的精力可以為航空領(lǐng)域的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，而且具有重大的現(xiàn)實意義。

1 經(jīng)濟(jì)性發(fā)展

不論哪個領(lǐng)域，想要發(fā)展勢必要考慮到經(jīng)濟(jì)性這一重要因素。而針對飛機(jī)發(fā)動機(jī)而言，其經(jīng)濟(jì)性重點表現(xiàn)為低耗油率和全壽命費用兩個方面。自進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，CFM56、GE90、PW4084等發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性獲得了較大的發(fā)展，主要表現(xiàn)為：巡航狀態(tài)耗油率從1950年JT3D和AVON等發(fā)動機(jī)的0.85～0.95kg/（kgf·h）、降低至1990年的GE90、PW4084、TRENT900等發(fā)動機(jī)的0.50～0.55kg/（kgf·h）；全壽命費用針對1950年的JT3D與AVON等發(fā)動機(jī)有了較大的減少。為持續(xù)提升飛機(jī)發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，美國和歐盟國家依然做出了較大的努力，為了適應(yīng)日益嚴(yán)峻的市場競爭環(huán)境，必須要不斷在減少耗油率和全壽命消耗上做出較大的改善，只有這樣才能保證發(fā)動機(jī)朝著良性的經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。

針對美國而言，GE和SNECMA公司在二十世紀(jì)末期至二十一世紀(jì)前期實行了TECH56計劃，研究與論證高載荷高壓壓氣機(jī)、高載荷高壓渦輪、對轉(zhuǎn)低壓渦輪等，最終和二十世紀(jì)末期的CFM56發(fā)動機(jī)對比而言，得到了具備消耗減少15%～25%，耗油率下降4%～7%，維護(hù)投入下降15%～20%的成果。GE和SNECMA公司實行LEAP56計劃，研究與論證復(fù)合材料風(fēng)扇機(jī)匣、復(fù)合材料風(fēng)扇葉片、低費用的外部硬件等，得到了具備消耗減少10%～15%，維護(hù)投入下降15%～25%，初始機(jī)生命周期增加25%的成果。

針對歐盟而言，以R·R公司為代表的眾多機(jī)構(gòu)在2000年初著手實行經(jīng)濟(jì)可承受的近期低污染發(fā)動機(jī)（ANTLE）研發(fā)計劃，研究與論證提升熱力/推進(jìn)/部件效率和降低零件重量的方式，并在2008年得到了讓耗油率減少12%、固有消費減少20%、可靠性提升60%、研發(fā)周期減少50%、生命周期內(nèi)的費用減少30%的成果。以R·R公司為代表的眾多機(jī)構(gòu)在2008年著手施行經(jīng)過改善的發(fā)動機(jī)構(gòu)成體系驗證（DREAM）計劃，研究和論證開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和其改善的系統(tǒng)，并在2011年獲得了耗油率減少10%～15%、固有消費明顯減少的成果。以R·R與SNACMA為代表的企業(yè)在2009年實行了可保持且綠色的發(fā)動機(jī)（SAGE）分研發(fā)計劃（部件和發(fā)動機(jī)級），并于2014年得到了耗油率減少15%”的成果。

經(jīng)過上述工藝的研究與論證，可以預(yù)測飛機(jī)發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，尤其是油耗率會獲得較大的改善。至2015年R·R企業(yè)的RB282對于轉(zhuǎn)渦扇發(fā)動機(jī)、PW企業(yè)的PW1000G齒輪驅(qū)動的渦扇發(fā)動機(jī)以及CFMI企業(yè)的LEAP-X發(fā)動機(jī)的耗油率會與之前的發(fā)動機(jī)相比減少15%；預(yù)期到2025年P(guān)W和MTU企業(yè)的第2代2級對轉(zhuǎn)風(fēng)扇的齒輪驅(qū)動渦扇發(fā)動機(jī)與R·R、CFMI企業(yè)的第1代開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的耗油率會比之前的發(fā)動機(jī)減少20%～25%；預(yù)計至2035年，PW與MTU企業(yè)的第3代回?zé)嵝妄X輪驅(qū)動渦扇發(fā)動機(jī)、RR企業(yè)和CFMI企業(yè)的第2代開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)、R·R與MTU企業(yè)的間冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動機(jī)的耗油率與之前相比會減少30%。因此，不論哪個領(lǐng)域，想要發(fā)展勢必要考慮到經(jīng)濟(jì)性這一重要因素。

2 環(huán)保性發(fā)展

不論是哪個領(lǐng)域，其發(fā)展的前提必須是節(jié)能環(huán)保，特別是飛機(jī)發(fā)動機(jī)而言，這個目標(biāo)應(yīng)當(dāng)更加明確。在二十一世紀(jì)前期，GE90、GP7200、PW4084等民用渦扇發(fā)動機(jī)于許多減少噪音于節(jié)能減排方面做出了較大的改善，為深入提升將來飛機(jī)發(fā)動機(jī)的環(huán)保性需求，美國與歐盟國家實施了許多的技術(shù)探究，主要是為了實現(xiàn)減少發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的噪音、節(jié)能減排等目標(biāo)。研發(fā)出發(fā)動機(jī)在自身整個生命周期內(nèi)對社會與人類健康產(chǎn)生負(fù)面影響最低的綠色發(fā)動機(jī)。具體方式重點表現(xiàn)為：第一，減排。美國NASA實施了UEET計劃，并獲得了NOx排量對于GE90排量減少20%、CO2排量顯著減少的良好成果。GE企業(yè)和SNECMA企業(yè)實施了TECH56計劃，并獲得了NOx排量在較大程度上小于ICAN標(biāo)準(zhǔn)值的50%的良好成果。目前，GE企業(yè)處于施行LEAP56計劃中，其目的是為了達(dá)到NOx排量在較大程度上小于ICAN標(biāo)準(zhǔn)值的60%，并使得CO2排量顯著減少。第二，減少噪音。美國的UASA對于UEET計劃展開了探究，重點目標(biāo)是在研制后緣吹風(fēng)的低噪音風(fēng)扇技術(shù)，并取得了噪音比GE90發(fā)動機(jī)小10d B的成果，此外于2000年，GE企業(yè)和SNECMA企業(yè)實行的LEAP56計劃，獲得了優(yōu)良的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片、輕質(zhì)齒輪箱等技術(shù)，從很大程度上減少了發(fā)動機(jī)的噪音污染。通過以上研究可以看出，在發(fā)動機(jī)的發(fā)展途中環(huán)保性必不可少。

3 對于有害物質(zhì)的排放嚴(yán)格掌控

將來的飛機(jī)發(fā)動機(jī)的發(fā)展不但要實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能環(huán)保性，而且要從某種程度上降低有害物質(zhì)的排放量，降低發(fā)動機(jī)和零件的材料對環(huán)境、人類等生物造成的不良影響。美國與歐盟國家當(dāng)前正著手于研究一類不但可以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)環(huán)保，而且可以為人們生存的環(huán)境的潔凈度提供保障的工作環(huán)境。為深入探究綠色發(fā)動機(jī)，應(yīng)當(dāng)在以下幾個方面對發(fā)動機(jī)的發(fā)展展開探究：第一，發(fā)動機(jī)的設(shè)計與制作商應(yīng)當(dāng)通過國際非官方的環(huán)境管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14001的準(zhǔn)許，徹底篩查對環(huán)境造成不良影響的元素，通過這種方式能夠從很大水平上管理與降低發(fā)動機(jī)對環(huán)境造成的損壞程度。第二，在發(fā)動機(jī)材料的選擇方面，應(yīng)當(dāng)合理配置資源，避免浪費，選擇材料應(yīng)當(dāng)秉持低消費、高便捷，在維修上應(yīng)當(dāng)選擇方法的多樣性。與此同時，應(yīng)當(dāng)最大限度地想到發(fā)動機(jī)翻新期限，最大限度地選擇使用期限長的原料。第三，針對生產(chǎn)技術(shù)而言，應(yīng)當(dāng)預(yù)防采用有害物質(zhì)與廢物排放較少的生產(chǎn)技術(shù)，最大限度地研究出能源充沛且實現(xiàn)材料的合理配置的生產(chǎn)技術(shù)，研究出類似鉆孔、精細(xì)加工工作量較低的生產(chǎn)技術(shù)。當(dāng)今，能夠借助凈形生產(chǎn)技術(shù)展開浸泡、磨削、脫模等閉環(huán)操作，同時積極和供應(yīng)商展開協(xié)作，深入探究降低飛機(jī)發(fā)動機(jī)有害物質(zhì)的排放方式。第四，針對維修與保養(yǎng)而言，實施研究有害材料處理術(shù)、Cr6+離子表面處理替代術(shù)等。不但能夠使得維修方法實現(xiàn)多樣性，而且能夠從較大程度上拉伸發(fā)動機(jī)翻新的間隔。第五，針對報廢的零件而言，應(yīng)當(dāng)最大限度地選擇能夠循環(huán)使用的原材料。例如把部分零件選擇優(yōu)良的合金工藝制作為純金屬粉末，來提升報廢領(lǐng)域的使用效率。。

4 結(jié)論

伴隨科技的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，在不久的將來必然會研究出具備經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能環(huán)保性以及最大限度地降低有害物質(zhì)產(chǎn)生的三個特點于一體的飛機(jī)發(fā)動機(jī)。然而在科技的研究領(lǐng)域中遭遇的困難較多，這必然要通過各個領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的共同努力，必須不斷完善相關(guān)的技術(shù)，以實際情況作為出發(fā)點，研究出經(jīng)濟(jì)環(huán)保的發(fā)動機(jī)，給國內(nèi)航天領(lǐng)域的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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