导读:据《航空空周刊》6月25日报道，整个航空空行业都在加速寻求可持续发展，推动了航空空发动机厂商在燃油效率方面做出重大改变。尽管存在风险，但CFM国际公司相信，其新宣布的下一代发动机，即开式转子发动机，可以帮助弥补这一差距，并在2030年左右投入使用。
这一大胆举措的目标是开发一种单级、齿轮驱动的风扇和一种主动变桨定子，这种定子以前从未经过全面测试。该项目计划使用直径超过12英尺的旋翼，这也给飞机制造商空和波音公司带来了挑战。当他们考虑未来十年更雄心勃勃的新单通道客机设计时，他们必须考虑安装这种新发动机。
明转子发动机的目标推力区域为2万~ 3.5万磅，计划2025年进入试飞。
虽然竞争对手普惠和劳斯莱斯已经为未来的民航空发动机采用了更高通道的齿轮驱动涡轮风扇，但为什么美国CFM国际公司-GE Aviation 空和法国Safran飞机发动机公司的两位股东要在技术上雄心勃勃的开放式风扇上豪赌呢？虽然这一概念通过消除风扇导管增加了旁通比，并由于较低的风扇压力比而提供了两位数的燃油效率提高，但这一设计迄今从未超过实验阶段。
根据CFM国际的说法，答案是时机和技术。自20世纪70年代首次构思开式转子发动机概念以来，这一概念的命运一直与油价密切相关。当喷气燃料的成本在20世纪80年代末下降时，发动机制造商对开式转子发动机的兴趣也下降了。航空空航空航天产业近期转向可持续发展的战略支点，有力地再次推动了这一技术的发展。高效推进系统的未来现在越来越受到净零碳排放必要性的驱动，不再仅仅受到能源成本的限制。
从技术上来说，这家发动机公司认为这一概念已经为黄金时代做好了准备，因为经过大西洋两岸十几年的研发，这表明它能够克服噪音和机身一体化的关键挑战。根据CFM International的说法，航空空声学的进步——从基于计算机的叶片设计的改进到级间间距的优化——已经使开式转子发动机在未来达到噪声极限，并且仍有可能取得更大的进步。
然而，重大挑战依然存在。为了降低项目风险，加快进度，在CFM国际推出的可持续发动机革命性创新计划下，新发动机将作为一系列颠覆性技术的一部分进行开发。与目前的发动机相比，RISE项目的目标是降低20%的燃油消耗和二氧化碳排放，其目标是成为Leap 1系列涡扇发动机的继承者，目前推力水平为2万~ 3.5万磅。
CFM国际公司认为，转向开放式转子将使下一代发电厂走上正确的轨道，以实现到2050年将二氧化碳排放量减半的国际商定目标。虽然大多数研究集中在小型飞机的电动和混合推力系统上，但大型飞机的动力需求将需要基于燃气轮机的发动机的不断改进——开放式风扇就是其中之一。
CFM国际公司开式转子发动机的设计理念
虽然与2010年末的CFM56发动机相比，直驱Leap 1系列发动机的油耗和排放增加了15%，但CFM International表示，进一步节省20%的前景使得开放式风扇设计理念对下一代单通道发动机具有吸引力。
通用航空空总裁兼首席执行官约翰·斯拉特里表示:“任何机身制造商都很难不兴奋。他们渴望了解更多。自2019年以来，我们一直在研究这项技术，让我们的机身合作伙伴了解更广泛的领域。”
作为更加关注航空空可持续性的一部分，RISE项目还将包括开发和测试各种新的燃烧器设计，以确保未来与可持续航空空燃料和液态氢的兼容性。开式转子发动机还将配备电动发电机，以适应混合动力电动操作。
本技术示范计划通过设计包含可燃SAF和氢燃料的航空空燃烧器，支持空客户和波音公司采用不同的未来燃料策略。氢燃料现在是空客运公司设计和规划下一代支线和单通道客机的核心内容，而波音公司已承诺到2030年认证其产品线以100% SAF运行。
萨夫兰集团首席执行官奥利维尔·安德烈斯表示，该项目具有挑战性，但就发动机而言，它并没有那么大。他认为:“大约90%将是相同的——挑战主要是发动机和飞机系统的集成。”
“为了实现这种碳减排，我们认为时机已经到来。”GE航空空先进技术运营总经理Arjan Hegeman表示:“开放式风扇架构消除了风扇周围的整体结构。因此，你减轻了很多重量，减少了很多阻力，从而实现了终极推进效率。”
RISE项目基于GE和Safran集团早在20世纪80年代就开展的无管道风机的开发，以及近期与欧美监管机构的研究合作。早在2017年，由法国Safran牵头的开放式转子发动机项目就在欧洲清洁日空 Navigation 空研究计划中获得了2亿欧元，并完成了一台SAGE 2发动机样机。
Safran集团与GE公司子公司Avio Aero提出了清洁空气空项目的后续示范计划，这是欧盟地平线欧洲更广泛的研究与创新框架下清洁日空的后续计划。假设获得了Clean Air 空的合同，RISE项目将得到欧洲政府研究基金的部分支持。
欧洲清洁空气空项目计划从2022年运行到2028年，包括地面和飞行演示。在这一框架下，CFM国际公司的目标是在2024~2025年在加州维多利亚州进行首次飞行试验之前，进行一系列广泛的部件试验。从早期的推演示原型机到拉式构型，飞行试验可以在一些现有的试验台架飞机上进行，而无需对机身进行重大修改。拉式配置还允许更简单的机械集成。
RISE项目的开式风机还将包括一台新的紧凑型高压堆芯机，以提高热力效率，以及一套利用废气中的余热预热燃烧空气体的热回收系统。示范样机还将使用先进材料，如热端部件中的陶瓷基复合材料和基于树脂传递模塑工艺的复合风扇叶片。
开放式风扇的一个显著的新特征是第二非旋转级的主动变桨距定子，它将用作气流回收叶片。这种设计增加了整体风扇压力比，降低了旋翼载荷，从而实现了更高的最大飞行马赫数。旋转的前级将由高速增压压缩机和由高速低压轴驱动的前齿轮箱提供动力。
Safran集团RISE项目执行经理Delfina Diyo表示:“与GE36和CROR发动机相比，我们简化了架构。你只有一个旋转级，然后你有导向叶片，这是定子。两级都有变桨距控制，所以你可以有变桨距和反推功能。”目前设计中取消了对转结构和相关的转架，减轻了重量，提高了可靠性。
GE Aviation 空的Hegeman表示，提高风扇效率将有助于减小尺寸，有助于机身一体化，降低噪音。他说:“我们一直在微调技术和工程工具，以使声学效果达到他们需要的水平。“我们还可以将风扇从16英尺进一步降低。这种推力级的风扇直径在80年代恢复到12~13英尺。这比现在的机舱外径大不了多少，非常适合安装在狭小的机身上。因此，我们可以满足我们推力水平的声学要求，并实现两位数的性能提升。”
示范样机也将为产品的适航审定铺平道路。早在2015年，欧洲航空公司空安监局的拟议修订通知中就考虑了各种问题。“开放式旋翼的概念并不打算被认证为螺旋桨/发动机装置，”EASA说。"由于复杂的集成，它的目标是被认证为集成发动机概念."
根据目前的机身和发动机认证要求，开放式风扇推进系统可能需要满足现有的涡桨发动机规则，根据这些规则，螺旋桨制造商必须证明风扇叶片不能分离。此外，该设计有望满足当前对叶片桨距控制和避免超速的要求。叶片脱落的要求，类似于目前涡扇发动机导航中规定的要求，也将成为机身制造商的一个考虑因素。
