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赛峰集团发布飞机推进系统技术路线图

2017-10-14 21:45| 发布者: cfso5068| 查看: 542| 评论: 0|原作者: 吴蔚|来自: 中国航空报

摘要:   峰集团已成为最新一家公布其混合及电推进技术发展路线图的发动机制造商。其相信,到2040年开发首个100%电推进大型飞机有可能可行。
  随着未来客机更高效的备选推进系统研究的加速开展,赛峰集团已成为最新一家公布其混合及电推进技术发展路线图的发动机制造商。该法国制造商相信,随着能量储备和大功率传输关键技术问题的解决,到2040年开发首个100%电推进大型飞机有可能可行。但是,涡扇发动机的改进仍将继续领路,并谨慎认为只有在综合了能量管理、发动机综合与推进系统效率所取得的突破后,才能实现整个推进技术进步。
  赛峰认为更高涵道比发动机、开式转子、边界层吸入和分布式及混合推进的出现,大大扩展了未来客机的设计空间。赛峰集团提出的电推进技术发展路线为:2030年前实现初步混合电推进;2035年实现带边界层吸入的混合分布式电推进;2040年可能实现100%电推进;近期关注更高涵道比涡扇发动机和更高的集成度。
  赛峰飞机发动机研究与技术副总裁杰罗姆·博尼尼称,在面对全电推进技术问题时,我们需要采用组合方式。他在曼彻斯特举行的2017吸气式发动机国际协会会议上说:“主要问题是电池的能量密度以及未来20年其预计的发展变化。”当前的电池约为系统级200瓦时/千克(Wh/kg),到2035年有望达到500瓦时/千克。但即使达到了1000瓦时/千克,也要比煤油的12000瓦时/千克低很多。博尼尼说:“如果想实现全电推进,我们不得不取得巨大的进展,虽然该技术在研发过程中,但应用到大型飞机可能还不现实。我们认为未来有更多的路径,我们应当同时在3个方面实施推进技术的改进,首先是改善动力装置效率,第二是将动力装置更好地与机身综合,第三是通过推进和非推进手段改善能量管理。”
  赛峰飞机发动机公司将其雄心勃勃的技术目标与欧洲“飞行轨迹2050”(FlightPath 2050)计划中航空研究与创新咨询委员会提出的远期环境目标相匹配。这些目标要求到2050年与2000年水平的飞机相比,CO2排放减少75%、N2O(一氧化二氮)排放减少90%、噪声降低65%。
  赛峰的电推进路线图基于“分步走”方式。博尼尼说:“2030年,我们期望实现混合推进系统,起飞、爬升和慢车推力的10%为电力提供。这也是符合电池技术的发展步伐。”此时,该初步系统的大部分推力仍由常规涡扇发动机提供。2035年,在能量储备取得进展后,赛峰预测混合分布式推进系统与边界层吸入(BLI)综合概念可实现推力的20%~50%为电力提供。在BLI设计中,一种安装在尾部的风扇将机身上缓慢运动的边界层气流吸入并激励气体流动,进而降低动量阻力。该风扇可采用机械或电驱动,在赛峰路线图中该风扇由电池及发动机产生的电力驱动。
  赛峰预测,到21世纪30年代中期,分布式混合推进系统与边界层吸入综合将实现推力的近50%将由电能提供。赛峰还在探索潜在的设计构型,以实现开式转子推进效率的最大化,其中之一是推进器安装在双机身中间采用非常规的推拉布局。
  博尼尼相信,约在相同时期,开发分布式推进系统可能是可行的。之后在2040年,我们可能会看到如果使用氢能源将实现CO2零排放的100%电推进系统。但该目标将在解决了能量储备和大功率能量传输这两大问题后才会成为可能。
  赛峰还在通过其动力单元部开发燃料电池技术,并面向单通道客机营销其“电动绿色滑行系统”前轮系统。该绿色滑行系统预计将在一次典型飞行中(取决于时间与滑行距离)节省2%~5%耗油,对于机场来说可减少CO2排放61%、CO(一氧化碳)排放73%、N2O(一氧化二氮)排放51%、未燃烧碳氢化合物62%。
  该公司将推进效率提升到超过当前的发动机水平的主要工作是在“洁净天空1”中研制的开式转子概念,目前正在开展地面试验,另外就是在“洁净天空2”中开展的涵道式超高函道比(UHBR)发动机的研究。博尼尼称:“该UHBR验证机将集成目前正在试验台上试验的发动机模块的下一代设计,我们预计将比Leap发动机油耗降低5%~10%,但该构型由于尺寸和重量问题存在安装方面的挑战,这可能会对结构产生滚雪球式放大的不利影响。”
  UHBR验证机的先进技术低压部件正由德国发动机制造商MTU航空发动机公司在Enoval(发动机模块化验证)项目下进行研发。目标是CO2排放降低5%、噪声降低1.3分贝,通过将涵道比从12增加到20、提升总压比至70,实现性能升级。Enoval关注点包括低重量、低阻力短舱,先进的高负载高速增压级,更大尺寸3D树脂转移模塑成型风扇叶片以及开发陶瓷基复合材料的下一代高速低压涡轮。
  UHBR的核心是驱动风扇的减速箱,保持了由普惠PW1000G齿轮传动涡扇发动机以及最近罗罗采用功率变速箱驱动的UltraFan发动机所建立的趋势。

向更高涵道涡扇发动机以及可能的BLI推进器、开式转子和分布式推进的转变打开了未来潜在应用的设计空间。博尼尼称:“我们正在探索上述所有的构型,我们还不知道哪种解决方案是最佳的,但目前我们确信的是发动机制造商和飞机制造商间的界限将发生变化,我们需要更高等级的飞发综合。”

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