飛機(jī)發(fā)動機(jī)未來發(fā)展趨勢暢想

許海強(qiáng)

摘要：隨著世界科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，未來航空事業(yè)的發(fā)展更會如火如荼的進(jìn)行，具有潛在的發(fā)展前景和進(jìn)步空間，而發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的重要組成部分，會朝著更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。本文就從經(jīng)濟(jì)性價(jià)比、節(jié)能減排、減少有害物等3方面對未來大飛機(jī)發(fā)動機(jī)的發(fā)展趨勢進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；發(fā)動機(jī)；未來發(fā)展；趨勢

1 前言

發(fā)動機(jī)由于需要在高溫高壓高轉(zhuǎn)速的環(huán)境下長時(shí)間、反復(fù)的工作，其制作難度和對工業(yè)技術(shù)的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他行業(yè)的發(fā)動機(jī)，飛機(jī)發(fā)動機(jī)的研制時(shí)間甚至要比整架飛機(jī)的耗時(shí)量還要大的多，飛機(jī)發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行才能保證飛機(jī)的正常飛行，可見飛機(jī)發(fā)動機(jī)對于飛機(jī)的重要性。因此，大力發(fā)展飛機(jī)發(fā)動機(jī)，為未來航空事業(yè)的發(fā)展指明了方向，給未來的航空事業(yè)帶來了更為廣闊的發(fā)展前景是我國乃至世界航空產(chǎn)業(yè)的一門重要課題。相對于傳統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，未來大飛機(jī)的發(fā)動機(jī)必須要實(shí)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子在效率較高的轉(zhuǎn)速下正常工作，同時(shí)還要有效減小發(fā)動機(jī)的噪聲污染，降低廢物排放量、減少有害物質(zhì)產(chǎn)生的綠色環(huán)保發(fā)動機(jī)，而且在研制發(fā)動機(jī)是需要充分考慮發(fā)動機(jī)的全壽命成本和對機(jī)組相關(guān)人員身體健康的影響，最大限度的體現(xiàn)未來大飛機(jī)發(fā)動機(jī)的所有功能。本文針對未來大飛機(jī)的發(fā)展趨勢進(jìn)行以下幾點(diǎn)論述。

2 飛機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性

飛機(jī)發(fā)動機(jī)制造成本以及維護(hù)成本直接影響到飛機(jī)性價(jià)問題。飛機(jī)發(fā)動機(jī)成本可以從如下幾方面進(jìn)行成本控制。

（1）材料工藝的選擇。由于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的特殊應(yīng)用場所因此要求發(fā)動機(jī)應(yīng)具有高溫性、高強(qiáng)度性。早期的飛機(jī)發(fā)動機(jī)使用鈦鋁材料制備，隨著真空冶煉技術(shù)的不斷改進(jìn)合金中的有害雜質(zhì)逐漸分離，使得飛機(jī)材料性能提高。在以后的發(fā)展中可以使用Ti金屬制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)，此外由于Ti金屬的制備需要消耗大量的電能才能制備，未來可以開發(fā)新的催化劑加快鈦反應(yīng)效率，這樣可以降低飛機(jī)發(fā)動機(jī)制備。

（2）能耗問題。隨著能源日益枯竭，能耗問題直接影響到飛機(jī)運(yùn)行問題。對于飛機(jī)發(fā)動機(jī)節(jié)能降耗可以從飛機(jī)體重和燃料使用率進(jìn)行研究。飛機(jī)發(fā)動機(jī)質(zhì)量下降能夠使飛機(jī)飛行更遠(yuǎn)的距離，而飛機(jī)發(fā)動機(jī)質(zhì)量的降低則取決于新型材料的研究，未來飛機(jī)發(fā)動機(jī)將朝向質(zhì)量輕的方向進(jìn)行。對于飛機(jī)燃油率的提高問題可以通過控制技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，比如可以使用壓縮進(jìn)氣等提高發(fā)動機(jī)燃料利用率。

3 飛機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)展的環(huán)保性

近些年來環(huán)境問題日益嚴(yán)重，人們開始意識到環(huán)保的重要性，各行業(yè)發(fā)展時(shí)都開始引入環(huán)保理念。環(huán)保是當(dāng)今及未來企業(yè)發(fā)展必須堅(jiān)持的理念，航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展也不例外。航空運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展對氣候產(chǎn)生較大影響，也會帶來噪音，因此航空運(yùn)輸業(yè)未來發(fā)展時(shí)應(yīng)堅(jiān)持環(huán)保性要求，減少對環(huán)境的污染和危害。作為飛機(jī)的”心臟”，發(fā)動機(jī)發(fā)展時(shí)也勢必會和航空運(yùn)輸業(yè)保持一致，堅(jiān)持環(huán)保性要求。因此發(fā)動機(jī)未來發(fā)展的一個(gè)主流趨勢便是環(huán)保性。當(dāng)前發(fā)動機(jī)發(fā)展時(shí)已經(jīng)取得一定環(huán)保效果。如本世紀(jì)初期，一些民用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)在降噪、減排等方面已經(jīng)取得良好成績，如通用電氣公司生產(chǎn)的GE90發(fā)動機(jī)、普惠公司生產(chǎn)的PW4084發(fā)動機(jī)等，都順應(yīng)了當(dāng)今時(shí)代環(huán)保需求。為了促進(jìn)發(fā)動機(jī)的發(fā)展符合環(huán)保性要求，美國、歐盟國家等已經(jīng)開展了相關(guān)技術(shù)的研究，以減少發(fā)動機(jī)運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的噪音污染、排量大、危害機(jī)組人員身體健康等問題，同時(shí)也給這種環(huán)保性的發(fā)動機(jī)起了新的名字――綠色發(fā)動機(jī)。綠色發(fā)動機(jī)的環(huán)保主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）排放小。上世紀(jì)90年代末期美國發(fā)起的超高效發(fā)動機(jī)技術(shù)計(jì)劃（簡稱UEET）中，實(shí)現(xiàn)了氮化物、二氧化碳排放的有效減少，相比GE90發(fā)動機(jī)，氮化物排放量減少了20%。通用電氣公司等發(fā)動機(jī)研制企業(yè)合作開始了TECH56項(xiàng)目研究，該項(xiàng)目降低了氮化物的排放量，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ICAN要求的氮化物排放指標(biāo)。目前通用電氣公司正在進(jìn)行LEAP56TM項(xiàng)目的研究，旨在通過LEAP56TM項(xiàng)目的研究為未來飛機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該項(xiàng)目研究時(shí)，也將氮化物、二氧化碳排放量的降低當(dāng)作其中一個(gè)研究目標(biāo)，希望實(shí)現(xiàn)氮化物低于標(biāo)準(zhǔn)60%的排放目標(biāo)。

（2）減少噪音。飛機(jī)飛行時(shí)會出現(xiàn)較大的噪音。噪音將會影響到機(jī)組人員的身體健康，因此綠色發(fā)動機(jī)發(fā)展時(shí)減少噪音也是其發(fā)展目標(biāo)。美國公司曾對低噪音風(fēng)扇技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)，有效降低了發(fā)動機(jī)運(yùn)作時(shí)的噪音。通用電氣公司在其；ESP56研究項(xiàng)目中研發(fā)了符合材料風(fēng)扇葉片等技術(shù)，并應(yīng)用在發(fā)動機(jī)中，有效降低了發(fā)動機(jī)的噪音。

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將會促進(jìn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)朝著更加經(jīng)濟(jì)、更加環(huán)保的方向發(fā)展。通過各種新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，提高發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，更好的為發(fā)揮出飛機(jī)“心臟”作用，促進(jìn)航空業(yè)的發(fā)展。

4 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(shí)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(shí)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(gè)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(jì)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(fèi)，選擇材料應(yīng)當(dāng)秉持低消費(fèi)、高便捷，在維修上應(yīng)當(dāng)選擇方法的多樣性。與此同時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(bào)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(bào)廢領(lǐng)域的使用效率。

5 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(gè)特點(diǎn)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(gè)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(shí)際情況作為出發(fā)點(diǎn)，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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