航空發動機是當代尖端技術的标志，對飛機的性能、可靠性、環境特性和成本以至飛機的研制進度和成敗有着決定性的影響，曆史上飛機能力的每一次飛躍幾乎都離不開發動機技術進步的貢獻。當前燃氣渦輪發動機經過70 年的發展已經相當成熟，成為航空動力的主要形式。而與渦輪噴氣發動機相比，渦輪風扇發動機因其特有的技術優勢，自20世紀50年代以來，在民用航空發動機中一直占據着主流地位。未來，氣動熱力、結構強度、控制和診斷、新材料和新工藝等方面的技術進步将把航空渦輪發動機的能力推向一個新的高度，更經濟、更安靜和更清潔的動力裝置将成為研究的方向。

主要大型民機發動機類型及技術特點

渦輪噴氣發動機是航空燃氣輪機中較為簡單的一種，也是民機最廣泛應用的發動機類型。其中又以渦輪風扇發動機（渦扇發動機）最為普遍。在窄體機領域，737MAX和C919将裝配LEAP發動機，MS-21和C系列将裝配普惠靜潔動力發動機，A320neo将從LEAP和普惠靜潔動力中選擇。

在寬體機領域，對于四發的A380，羅•羅和動機聯盟（由通用電氣公司和普惠公司聯合組成）分别推出瑞達900和GP7200發動機，對于雙發的A350和波音787，羅•羅和GE分别推出瑞達1000 和GEnx 發動機。其中瑞達1000 的涵道比達11。它們的推力為25000~35000N。采用的新技術有全三維有黏葉輪機設計方法、複合材料風扇葉片和機匣、第三代超塑性成形/ 擴散連接钛合金風扇葉片、雙環預旋流燃燒室、對轉渦輪和智能發動機狀态監控系統等。

評價渦輪風扇發動機的性能指标主要包括涵道比B、功分配系數x、内外涵的單位推力、總推力和耗油率。本文将從涵道比、總推力、耗油率方面介紹現今的大型民機發動機。

1.GE90、GEnx發動機

GE90發動機

GE90是美國GE公司最早采用複合材料技術的高涵道比、超高推力的民航渦扇發動機。GE90-115B發動機是吉尼斯世界紀錄所記載的世界最高推力的民航發動機，試驗推力可達569kN。且其涵道比可達到9，大涵道比在增加推力的同時，也給壓氣機軸和轉速很大的壓力，噪聲也大了許多。

GE90有着極大的進氣口（3.43m）以及彎曲的進氣葉片，其材質為實心複合材料。但是GE90的直徑比較大，無法進入波音747貨機，因此在運輸時需要特制的超大型運輸機，這造成了維修成本的上升。GE90目前僅在波音777上使用，在777-200、-200ER 及-300 上是選配發動機之一，但在777-200LR、-300ER 及-200F 上則是唯一可用的發動機。

GEnx發動機

GEnx是GE公司為波音787“ 夢幻”客機研制的高涵道比（10）、高總壓比（45）、低油耗、低污染與低噪聲的新一代發動機。GEnx發動機以經過驗證的GE90 結構為設計基礎，将替代GE的CF6發動機。與CF6發動機相比，GEnx将提高15%的燃油效率，減少15% 的CO2排放。GEnx發動機的最大推力小于GE90的378~511kN，大于CF6-80C2發動機（用于波音747-400 飛機）的258kN。與GE90相比，GEnx在4 個方面有了技術飛躍：采用雙環徑向分級燃燒室，壓氣機葉片采用三元流設計，高壓壓氣機減少為9級，進一步降低污染排放量。

2012年3月，FAA 通過了GEnx-1B PIP發動機的330min雙發延程飛行（ETOPS）認證，目前GEnx已用于波音787、747-8 及空客A350。

2.瑞達系列發動機

01瑞達900發動機

Airbus Lagardère - Trent 900 engine MSN100

瑞達900是A380的啟動發動機，是英國羅•羅公司TRENT系列發動機的第4個成員，推力為302.6~340.4kN。瑞達900 的涵道比高達8.7~8.5，這是瑞達系列之前從未使用過的。高涵道比發動機油耗将降低，但同時也因尺寸增大，帶來重量增加；起飛時，瑞達900的總壓比為37~39。瑞達900風扇直徑達到破紀錄的2.9m，具有1 級風扇、8級中壓壓氣機、6級低壓壓氣機、1級高壓渦輪、1級中壓渦輪和5 級低壓渦輪。

瑞達900的風扇葉片采用的是新型彎曲前緣後掠式钛合金葉片，降低了發動機噪聲，提高了氣動性能，增強了抗外來物損傷能力。發動機采用高壓轉子反向旋轉設計，提高了核心機的效率，使氣流更“直”地穿過發動機，提高了發動機氣動性能。

02瑞達1000發動機

瑞達1000發動機

瑞達1000發動機是羅•羅為應對波音787的各項要求而研發的，是瑞達系列發動機的第5個成員。瑞達1000發動機的推力為236.7~333.8kN，其涵道比為10.8~11,總壓比為52.1。瑞達1000 發動機繼承了瑞達900 發動機的新型彎曲前緣後掠式钛合金葉片和高壓轉子反向旋轉設計等先進技術，不斷升級、改進。

2011年年底，瑞達1000發動機B升級包獲得了EASA認證。2012年5月，瑞達1000發動機C升級包完成首次地面試驗，将在2013年安裝在波音787-9上。升級後的發動機會産生329.3kN的推力，且比B升級包的燃燒效率提高1%。該發動機的主要特色為全新輪機匣冷卻系統，這會提高發動機的效率。

03瑞達XWB發動機

瑞達XWB發動機

瑞達XWB發動機是羅•羅瑞達家族航空發動機中的最新型号，融合了瑞達家族發動機設計的完美經驗和最新技術，專為空客A350XWB系列飛機量身打造。瑞達XWB 風扇直徑約為300cm，是目前燃油效率最高、對環境影響最小的一款大型渦扇發動機。相比于之前推出的瑞達系列發動機，其耗油量降低了28%。瑞達XWB得益于下一代減聲模式消散發動機導管系統以及在A380上開發的零拼接進氣口設計和吊艙進氣口發動機降噪技術。

首先推出市場的是瑞達XWB-83，推力為373.8kN，裝載于A350-900XWB 上，預計2014 年上半年投入運營。之後推出333.8kN 的瑞達XWB-74，裝載于A350-800XWB上，預計于2014 年投入服務。最後是413.9kN 的瑞達XWB-92，配置于A350-1000XWB 上，預計于2017 年投入服務。

發動機在風扇模式上有所改進。直徑仍約300cm，但運轉更快一些，并且創新了葉片設計。研究團隊開發了新材料技術，增加了溫度。瑞達XWB最大的推力，已進一步上調至431.7kN，使A350XWB系列更有能力與波音777-300ER 競争。

3.PurePower 發動機

普惠作為聯合技術公司的子公司，和日本航空發動機公司（JAEC）以及MTU 航空發動機公司一起合作為A320neo 項目研發PurePower PW1100G-JM 發動機，預計于2016年開始交付。

普惠PW1100G-JM發動機

普惠PW1100G風扇直徑為205.7cm，涵道比為12，推力為106.8~146.9kN。與現今發動機相比，它在燃料消耗量、環境排放量、發動機噪聲和運營成本方面都取得顯著改善。以空客A320為例，換裝普惠PW1100G發動機後，新機型将比現役機型在燃油消耗率上減少16%，噪聲水平至少降低50%，氮氧化物排放量減少50%。

PW1100G的主要特點是齒輪傳動系統與全新先進核心機技術的組合。發動機采用先進的齒輪傳動系統，将發動機風扇與低壓壓縮機、渦輪機分離開，使得它們能夠獲得不同的轉速——發動機風扇以一個相對較低的速度轉動，而低壓壓縮機和渦輪機則以較高的速度運行。這樣可以提高發動機效率，降低燃料消耗、排放和噪聲，同時降低了一部分質量和維修的成本。

除了空客A320neo系列飛機，普惠“靜潔動力”發動機還被三菱支線飛機（MRJ）和龐巴迪C系列飛機選定為專用動力裝置。三菱支線噴氣飛機将采用推力為62.3~75.7kN 的靜潔動力PW1217G發動機；龐巴迪C 系列飛機發動機PW1500G 的額定推力為93.5~103.7kN，是PurePower系列發動機核心機更大推力的版本。

不僅如此，俄羅斯伊爾庫特公司MC-21飛機也選用PurePower系列發動機，PW1400 推力将達111.3~142.4kN，預計2017年投入運營。

4.LEAP發動機

LEAP系列飛機發動機是CFM國際有限公司推出的緻力于替換目前單通道大型客機動力裝置的新型航空發動機系列。

CFM開始進行LEAP-1B發動機地面測試

2008年範堡羅航展上，CFM的合作夥伴GE和SNECMA公司宣布開始為下一代窄體客機研制新型LEAP 發動機，該發動機研制目标是噪聲比第4階段标準低1015dB ；油耗比裝載CFM56-7B發動機的737NG飛機降低16% ；CO2排放量的降低與油耗的降低相當；與當前國際民用航空組織的CAEP6的排放标準相比，LEAP 發動機的氮氧化物（NOx）排放量可降低50%~60%。CFM的Leap系列隻提供推力超過80.1kN 的發動機。

Leap 采用一個比CFM56發動機大16%的風扇，直徑為1.8m。為了大幅度地減重，Leap 發動機的風扇葉片邊緣将采用钛合金，葉片本身将采用利用3D 組合碳纖維轉化澆鑄方法生成的複合材料。Leap發動機中18個1.8m葉片總重将達76kg，而CFM56系列發動機的24個1.5m葉片總重達118kg。

LEAP發動機計劃于2014年取證，2016年在空客A320neo和C919飛機上服役，2017 年在波音737MAX飛機上服役。

Leap -1B采用新整流罩和挂架，改進燃油系統，以及更新發動機軟件。LEAP-1B 的核心機，将使燃油效率提高11％ ~12％，運營成本降低7％，已由最初的概念發展到發動機性能。波音737 Max 飛機将采用CFM 國際公司的風扇直徑173cm 的Leap -1B 發動機。

未來民用航空發動機先進技術

1.結構創新

01齒輪傳動渦扇發動機

PW1000G發動機

由于風扇和低壓渦輪機械部件都能以最佳的效率獨立旋轉，可提高渦扇發動機涵道比，降低燃油消耗。風扇可以比低壓部件旋轉得慢，較低的葉尖速度可以使每一個葉片造得更輕。同理，齒輪系統可以使轉速的低壓渦輪能夠以較少的級數來驅動壓氣機和風扇，轉速較快的壓氣機也可以在保持質量流量不變的情況下減少所需要的級數。普惠PW1000G即采用齒輪傳動的風扇發動機設計技術，該技術的應用還可提高低壓渦輪的切線速度及負荷。與其他發動機相比，PW1000G系列維護費用降低了40%，噪聲和排放減少1/2。該款發動機獲得了龐巴迪CS100/300、空客A320NEO、Irkut MC-21 和三菱公司MRJ70/90 等機型的發動機訂單。當前，越來越苛刻的燃油消耗率要求迫使發動機制造選用高涵道比和風扇葉片設計，并不斷提高整機壓比和渦輪前溫度以實現更高熱效率，這些都使RTM 複合材料風扇葉片制造技術、3D壓氣機葉型、CMC低壓渦輪葉片的使用成為必然。風扇齒輪傳動系統的出現不僅改變了傳統發動機架構，也為這些新技術的充分使用提供了平台，同時還為齒輪傳動發動機未來的技術升級留足了空間。

02開式轉子發動機

傳統構型發動機的發展已經相當成熟，難以有大的突破，制造商開始将目光轉向油耗更低的開式轉子發動機架構。羅•羅官方宣稱開式轉子與先進的渦扇技術相比燃油消耗可降低10%~15%，與現在的渦扇發動機相比可以降低30%，GE、羅•羅和斯奈克瑪都在探索研究各種開式轉子發動機方案。在歐盟“淨潔天空”計劃下的2種開式轉子發動機架構，分别是羅•羅主導研發的SAGE1構型和斯奈克瑪主導的SAGE2構型；這2種構型的開式轉子發動機均采用齒輪傳動技術，以使不同的轉子均工作在其最佳轉速。但開式轉子目前還存在一些技術難題，包括噪聲、重量、飛/ 發一體化和認證( 可能會有葉片包容、振動和維護問題) 等問題。此外，由于此類發動機的最高巡航馬赫數僅為0.8，在遠航客機的應用上可能會收到限制。羅•羅的開式轉子技術主要針對100~200座的單通道客機，發動機推力111~156kN，

技術方案是直接驅動或者齒輪傳動的對轉螺旋槳構型。公司的目标是2020年設計制造3台開式轉子發動機，前2台用于地面試驗，第3台用于飛行試驗。目前，羅•羅的研究主要集中在噪聲和振動等開式轉子所面臨的最大問題上。公司正在對其1/6縮比的開式轉子驗證機進行試驗。對斯奈克瑪的SAGE2，預期2013年底完成詳細設計評審，2016年進行首次飛行試車。CFM也在LEAP項目框架下于2008年年末進行了相關縮比模型的台架試驗。

03對轉渦扇發動機

對轉渦扇發動機是在常規風扇發動機的風扇中增加了一級對轉的風扇，2級對轉的風扇通過2個套在一起對轉的軸分别與2 組對轉的低壓渦輪組相連。在不減速齒輪箱的前提下，降低風扇葉尖速度，從而提高風扇葉片的效率和可靠性，以應對發動機内部因轉向一緻所帶來的效率損失。對轉渦扇發動機的目的是通過降低2個對轉風扇的轉速來進一步降低噪聲和燃油消耗，而不需要增加發動機風扇的直徑。斯奈克瑪、GE和其他發動機制造商一起探究了對轉渦扇概念。羅•羅的瑞達900和1000發動機以及GE的GEnx發動機都采用了對轉軸。在歐盟的環保型航空發動機項目中，由斯奈克瑪領導對對轉渦扇項目進行了預研并在2010年制造了實體的對轉渦扇發動機，同年10月進行了測試。據斯奈克瑪稱，此種結構可以極大地增加涵道比，與先進的材料和安裝方式相結合，可以達到歐盟VITAL計劃中關于降低燃油消耗18% 的目标。

2.先進材料及工藝

随着複合材料在航空領域的發展，越來越多的發動機制造商和研究機構希望通過先進材料的應用進一步降低發動機的重量、提高渦輪前溫度從而提高整機熱效率。

目前，钛基複合材料已經或即将用于壓氣機葉片、整體葉環、整體葉盤等零部件。普惠後期的PW4048采用了钛合金寬弦空心風扇葉片，由内部銑槽的葉背和葉盆用擴散連接工藝組成。該公司還在研制钛合基複合材料寬弦空心風扇葉片。整體葉盤開始向金屬基複合材料的整體葉環發展。

在進一步開發單晶材料和先進熱障塗層的同時，國外正在為燃燒室和渦輪等高溫部件開發陶瓷基複合材料（CMC）和金屬間化合物。大型亞聲速飛機發動機燃燒室的NOx排放指數為10~20g/kg, 在巡航狀态下增加到20~30g/kg 燃油。未來高效發動機的增壓比和溫度将分别達到70 和1922℃。在高溫高壓下，燃燒室将産生更多的NOx。未來需要更加清潔燃燒的燃燒室。GE開發的陶瓷基複合材料燃燒室和UEET計劃中高溫陶瓷基複合材料用于燃燒室能夠提供較大溫升并具有較長的壽命，而且需要的冷卻空氣較少。

先進材料和塗層可以提高高壓渦輪的耐高溫能力。PW4084發動機高壓渦輪采用由第3代中單晶PW1487材料加工的葉片，并塗有熱障塗層；GE90發動機高壓渦輪葉片采用ReneN5中單晶材料加工，并塗有鋁鉑塗層；目前，普惠、GE和羅•羅等公司等正在開發更先進的材料和塗層。普惠計劃把帶熱障塗層的纖維增強的碳化矽陶瓷基複合材料瓦片用于下一代發動機的發展。

3.新型發動機循環

除以上所述，還有一些更激進的産品設計。GE目前正在研究的2個可能方向是混合燃氣渦輪- 電力系統以及脈沖爆震發動機（PDE）。混合動力系統采用燃氣發生器為發動機提供電力，驅動風扇産生推力。脈沖爆震發動機的原理是在一端開口的管道裡點燃燃氧混合氣，靠高溫高壓氣體噴射産生推力。2種概念各有其優點，混合動力系統使得飛機設計者可以在設計推進系統的時候更加符合空氣動力學的發動機，而不是在短艙裡集中産生推力。PDE發動機則取消了所有的旋轉部件。

但這些概念還沒有很快就能實用的可能。混合動力系統需要非傳統的機身設計方式，如翼身融合等，而且推進系統的分布式設計也會比燃氣渦輪發動機更加笨重。PDE發動機則會産生超聲速的爆震波，帶來巨大的噪聲和機體損傷。盡管如此，GE仍緻力于這2種推進系統的研究。NASA也在贊助早期的商業客機翼身融合，包括混合燃料動力系統的研發。 舉報 關心本文，獲得更多類似内容 下載微看點，你想看的這裡都有 将推薦更多 此類文章

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