2018航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱點(diǎn)事件及趨勢(shì)分析

2018年世界航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)在新一代產(chǎn)品研制和先進(jìn)航空推進(jìn)技術(shù)研究方面取得了一系列進(jìn)展，特別是在戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力、大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、公務(wù)機(jī)動(dòng)力，以及混合電推進(jìn)領(lǐng)域都發(fā)生了很多熱點(diǎn)事件，對(duì)其進(jìn)行深入分析有助于認(rèn)清未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

新一輪戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)換代全面啟動(dòng)

在戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力領(lǐng)域，已經(jīng)有近20年沒有出現(xiàn)過(guò)新型號(hào)了。逐漸縮減的機(jī)隊(duì)規(guī)模以及非傳統(tǒng)威脅環(huán)境任務(wù)增多，使得高性能制空戰(zhàn)機(jī)的更新?lián)Q代需求并不強(qiáng)烈，美國(guó)正在推進(jìn)新一代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力的研發(fā)，并將自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)確定為空軍第六代戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力形式，開展了持續(xù)的技術(shù)成熟與風(fēng)險(xiǎn)降低工作。根據(jù)美國(guó)國(guó)會(huì)預(yù)算辦公室發(fā)布的報(bào)告，美國(guó)空軍將從2030年起陸續(xù)采購(gòu)414架穿透型制空戰(zhàn)斗機(jī)（PCA），以逐步替換目前在役的F-15C/D和F-22。相比F-35A每架9400萬(wàn)美元的采購(gòu)單價(jià)（2018年），PCA的單價(jià)預(yù)計(jì)將達(dá)到3億美元。按照動(dòng)力占整機(jī)價(jià)格的15%計(jì)，其發(fā)動(dòng)機(jī)采購(gòu)總成本將近200億美元，加上研制費(fèi)有可能達(dá)到300億美元，這將是美國(guó)未來(lái)30年軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)最大的一筆合同，對(duì)于目前正在承擔(dān)自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的GE公司和普惠公司來(lái)說(shuō)都將是必爭(zhēng)之地。兩家公司在2018年分別得到來(lái)自美國(guó)空軍價(jià)值4.37億美元的追加合同，擴(kuò)展了XA100/101發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)的驗(yàn)證范圍，并開展飛行驗(yàn)證準(zhǔn)備工作。GE公司已經(jīng)完成了第一臺(tái)XA100的核心機(jī)測(cè)試，開始驗(yàn)證機(jī)組裝，將于2020年年初開始整機(jī)試驗(yàn)。

與之相比，俄羅斯目前的重心仍在持續(xù)推進(jìn)五代機(jī)的動(dòng)力裝置飛行試驗(yàn)。有報(bào)道稱俄羅斯已經(jīng)開始研發(fā)第六代戰(zhàn)斗機(jī)，但目前僅在材料方面開展了研究，未見其披露有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)總體布局和關(guān)鍵技術(shù)方面的進(jìn)展。反倒是此前一直未見有實(shí)質(zhì)性行動(dòng)的歐洲諸國(guó)相繼推出了新一代戰(zhàn)斗機(jī)研發(fā)項(xiàng)目，日本也開展了下一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試，使得戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力換代的氣息撲面而來(lái)。

在英國(guó)準(zhǔn)備脫歐的背景下，法國(guó)和德國(guó)在2018年6月宣布聯(lián)合研制新一代戰(zhàn)斗機(jī)，稱作“下一代武器系統(tǒng)”（NGWS），將替代現(xiàn)役的“陣風(fēng)”與“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)機(jī)。該戰(zhàn)斗機(jī)要求具有更好的生存力、航程和任務(wù)靈活性，需要更強(qiáng)勁的推進(jìn)系統(tǒng)。除了更高的結(jié)構(gòu)完整性、可靠性和推重比，還要具備低的研發(fā)和生產(chǎn)成本、好的維修性、長(zhǎng)且可規(guī)劃的維修間隔，以及綜合雷達(dá)信號(hào)特征和電力提取，并有可能采用變循環(huán)技術(shù)或智能發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。德國(guó)MTU公司正在開展前期研究工作，一方面表示有能力獨(dú)立完成該發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，另一方面也已準(zhǔn)備好與法國(guó)進(jìn)行合作。MTU在壓氣機(jī)、渦輪和控制系統(tǒng)方面有著豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并開展了增材制造、陶瓷基復(fù)合材料等先進(jìn)工藝和材料研發(fā)。法國(guó)和德國(guó)計(jì)劃在2024—2026年做出正式的研發(fā)決策，2031年前完成發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、組裝和鑒定試驗(yàn)，然后開始飛機(jī)原型機(jī)的飛行試驗(yàn)和軍方鑒定，于2040年開始交付。

英國(guó)則在2018年7月宣布將研制名為“暴風(fēng)”（Tempest）的新一代戰(zhàn)斗機(jī)概念原型機(jī)，并揭曉了該機(jī)模型，計(jì)劃于2025年開始驗(yàn)證機(jī)試飛。此后如進(jìn)入裝備研制，將在2035年前向英國(guó)皇家空軍交付，取代將在2040年退役的“臺(tái)風(fēng)”?！氨╋L(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)由羅羅公司負(fù)責(zé)研發(fā)，將采用抗畸變風(fēng)扇、嵌入式起動(dòng)發(fā)電機(jī)、先進(jìn)復(fù)合材料和增材制造、全集成的熱管理系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的功率密度、智能和多電特征、綜合電力與熱管理以及流線型外形。據(jù)外媒推測(cè)“暴風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)將很可能采用EJ-200發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)型號(hào)，即EJ-230發(fā)動(dòng)機(jī)或EJ-270發(fā)動(dòng)機(jī)。隨后，歐洲其他國(guó)家開始選邊站隊(duì)，西班牙宣布加入法德下一代戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目，意大利和荷蘭則加入英國(guó)“暴風(fēng)”項(xiàng)目，此外英國(guó)還在與包括瑞典和日本在內(nèi)的許多潛在伙伴國(guó)進(jìn)行討論。

日本近年來(lái)一直在推動(dòng)自行研發(fā)下一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。2018年6月，石川島播磨重工（IHI）向防衛(wèi)裝備廳交付了XF9-1發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)，由于采用了第五代單晶等新材料，渦輪前溫度達(dá)到1800℃。隨后該發(fā)動(dòng)機(jī)在試車中連續(xù)實(shí)現(xiàn)不加力推力110kN（1tf≈10kN）、加力推力150kN的預(yù)定指標(biāo)，計(jì)劃于2020年3月前完成包含高空臺(tái)在內(nèi)的測(cè)試試驗(yàn)。未來(lái)研發(fā)目標(biāo)是不加力推力130kN，加力推力200kN，與F135相當(dāng)。

可以看出，戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力裝置已經(jīng)進(jìn)入新一輪研制周期，從各國(guó)的方案和進(jìn)展來(lái)看，加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)仍是下一代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力選擇的主要形式。其中，美國(guó)空軍已經(jīng)明確下一代戰(zhàn)斗機(jī)采用自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)，海軍則并未表示認(rèn)同，加上兩大軍種間一向不愿意共用機(jī)型，海軍下一步的選擇仍存在變數(shù)；德國(guó)也提出可能應(yīng)用變循環(huán)技術(shù)，但MTU缺乏整機(jī)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，法國(guó)賽峰集團(tuán)則是在部件技術(shù)水平上略有不足，二者聯(lián)合能否攻克或者應(yīng)用變循環(huán)技術(shù)仍需觀察；英國(guó)和日本則都選擇了常規(guī)循環(huán)，后者的XF9-1的總體布局與F119類似，通過(guò)提高循環(huán)參數(shù)進(jìn)一步提高推重比和單位迎面推力。從使用環(huán)境來(lái)看，變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（包括自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)）比較適合美國(guó)海外作戰(zhàn)和俄羅斯幅員遼闊的特點(diǎn)，特別是美國(guó)針對(duì)“反介入/區(qū)域拒止”環(huán)境下遠(yuǎn)程突防和穿透型制空需求；而對(duì)于國(guó)土面積狹小且重點(diǎn)在于本土防空的歐洲國(guó)家來(lái)說(shuō)，作戰(zhàn)環(huán)境與冷戰(zhàn)時(shí)期差別并不大，核心需求是高速迎敵和機(jī)動(dòng)空戰(zhàn)，加上國(guó)家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和研發(fā)投入的限制，采用復(fù)雜的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)歐洲國(guó)家來(lái)說(shuō)未必適宜，因此下一代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力選擇何種形式要根據(jù)國(guó)家安全戰(zhàn)略、作戰(zhàn)模式以及研發(fā)資源綜合權(quán)衡。

下一代大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)雛形初現(xiàn)

民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)也開始轉(zhuǎn)向下一代市場(chǎng)，美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯都在大推力級(jí)產(chǎn)品研發(fā)和驗(yàn)證方面取得了重大進(jìn)展。隨著商業(yè)運(yùn)輸對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比也在持續(xù)增大，由此帶來(lái)的匹配性問題成為下一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)方案需要解決的重點(diǎn)問題。

GE公司于2018年3月實(shí)現(xiàn)了GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)的首飛，推力為445 kN，風(fēng)扇直徑達(dá)到3.4m，涵道比為10.3，總壓比為61，耗油率比GE90-115B低10%。對(duì)于直接驅(qū)動(dòng)型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，由于受到風(fēng)扇葉尖切線速度的限制，涵道比越大，低壓軸轉(zhuǎn)速越慢，會(huì)導(dǎo)致低壓渦輪級(jí)數(shù)增加、質(zhì)量加大。為了解決這個(gè)問題，GE公司采取了相對(duì)“簡(jiǎn)單粗暴”的辦法，在GE9X上采用了強(qiáng)度更高的第四代碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，并將葉片前緣包覆的鈦合金薄片改為合金鋼，大大提高了葉片強(qiáng)度，允許風(fēng)扇采用更高的葉尖切線速度，從而提高了低壓渦輪轉(zhuǎn)速，使低壓渦輪效率得到提升，只需要6級(jí)，比GEnx的7級(jí)還少1級(jí)，大大緩解了涵道比增大帶來(lái)的負(fù)面影響。由于風(fēng)扇葉片強(qiáng)度增大，葉身可以做得更薄，加上先進(jìn)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，使風(fēng)扇葉片數(shù)減為16片，在提高流通能力的同時(shí)減輕了質(zhì)量。

羅羅先進(jìn)低壓系統(tǒng)（ALPS）驗(yàn)證機(jī)（來(lái)源：羅羅公司）

羅羅公司則采取了類似普惠PW1000G的齒輪驅(qū)動(dòng)方式。2018年8月，羅羅公司凍結(jié)了下一代UltraFan發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)型，同時(shí)宣布和空客公司合作研發(fā)該型發(fā)動(dòng)機(jī)。UltraFan發(fā)動(dòng)機(jī)采用齒輪驅(qū)動(dòng)方式，涵道比將達(dá)到15，總增壓比將達(dá)到70，燃油消耗和排放將比遄達(dá)700發(fā)動(dòng)機(jī)降低25%，計(jì)劃于2025年投入使用。為了保障該型發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，羅羅公司同步開展了三大關(guān)鍵技術(shù)的驗(yàn)證工作。首當(dāng)其沖的就是大功率齒輪減速器，羅羅公司在德國(guó)建立了獨(dú)立的減速器試驗(yàn)器，用以評(píng)估變速箱內(nèi)部的載荷情況，設(shè)計(jì)功率可達(dá)74600kW。近期試驗(yàn)主要集中在耐久性和可靠性評(píng)估上，并對(duì)已完成第一輪試驗(yàn)的齒輪箱進(jìn)行評(píng)估，對(duì)該部件的性能預(yù)測(cè)已經(jīng)得到證實(shí)，將為建造完整的UltraFan驗(yàn)證機(jī)提供參考。同時(shí)，可用于UltraFan發(fā)動(dòng)機(jī)的新型核心機(jī)正在隨Advance 3發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)開展地面試驗(yàn)。該核心機(jī)有10級(jí)高壓壓氣機(jī)和4級(jí)中壓壓氣機(jī)，分別由2級(jí)高壓渦輪和1級(jí)中壓渦輪驅(qū)動(dòng)。驗(yàn)證機(jī)是在核心機(jī)上加裝遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇系統(tǒng)和遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓渦輪構(gòu)成，已經(jīng)運(yùn)行到近90%的核心機(jī)功率，并開展了軸承載荷測(cè)量，進(jìn)一步的試驗(yàn)將包括吞水、噪聲以及運(yùn)行中的X射線檢查、核心區(qū)域和熱端部件的熱量測(cè)量等。此外，羅羅公司還開展了先進(jìn)低壓系統(tǒng)（ALPS）驗(yàn)證機(jī)的地面試驗(yàn)，利用遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)鈦合金前緣復(fù)合材料風(fēng)扇葉片和復(fù)合材料風(fēng)扇機(jī)匣進(jìn)行了試驗(yàn)，開展了側(cè)風(fēng)、起動(dòng)、吞冰、鳥撞、葉尖碰磨以及自然結(jié)冰條件下的性能試驗(yàn)。隨后還將在室外臺(tái)架上進(jìn)行噪聲試驗(yàn)，并在未來(lái)幾年內(nèi)進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

俄羅斯于2018年1月宣布啟動(dòng)PD-35發(fā)動(dòng)機(jī)研制，推力將達(dá)到333.2kN，由聯(lián)合發(fā)動(dòng)機(jī)制造集團(tuán)（UEC）研制，計(jì)劃2019年完成設(shè)計(jì)，2021年完成核心機(jī)試驗(yàn)，2023年完成驗(yàn)證機(jī)試驗(yàn)，2028年投入批量生產(chǎn)。PD-35將采用寬弦復(fù)合材料風(fēng)扇葉片和復(fù)合材料風(fēng)扇機(jī)匣，渦輪前最高溫度將達(dá)到1450℃，熱端部件將采用陶瓷基復(fù)合材料。PD-35的核心機(jī)將借鑒PD-14核心機(jī)，在其基礎(chǔ)上將高壓壓氣機(jī)增加一級(jí)，最終形成9級(jí)壓氣機(jī)和2級(jí)渦輪結(jié)構(gòu)。盡管俄羅斯也曾經(jīng)研究過(guò)齒輪傳動(dòng)方式，但從目前的信息看，PD-35仍將采用直接驅(qū)動(dòng)構(gòu)型。

隨著近些年各級(jí)別干線客機(jī)逐漸完成更新?lián)Q代，預(yù)定2025年投入使用的波音“新中型飛機(jī)”（NMA）動(dòng)力的選擇將成為下一代大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)向標(biāo)。羅羅公司和普惠公司都轉(zhuǎn)向齒輪傳動(dòng)方式，而GE公司則表示如果有需要也可以提供這一構(gòu)型，因?yàn)樵诿媾R再提高兩位數(shù)的燃油效率改善需求時(shí)，進(jìn)一步提高風(fēng)扇葉片強(qiáng)度的空間非常有限，齒輪傳動(dòng)或?qū)⒊蔀楦鞣焦餐倪x擇。在關(guān)鍵技術(shù)方面，GE公司、羅羅公司和UEC都廣泛采用了樹脂基復(fù)合材料風(fēng)扇葉片和機(jī)匣、陶瓷基復(fù)合材料熱端部件以及鈦鋁合金低壓渦輪，并逐步加大增材制造應(yīng)用的范圍；在壓氣機(jī)設(shè)計(jì)上，GE9X高壓壓氣機(jī)平均級(jí)壓比為1.349（11級(jí)壓比27），低于GEnx的1.368（10級(jí)壓比23），而羅羅公司新推出的“珍珠”公務(wù)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10級(jí)壓氣機(jī)壓比達(dá)到24，平均級(jí)壓比為1.374，相信Advance 3也能達(dá)到同等水平；俄羅斯PD-35則計(jì)劃用9級(jí)壓氣機(jī)達(dá)到壓比23，平均級(jí)壓比高達(dá)1.417（PD-14的8級(jí)壓氣機(jī)壓比為16，平均級(jí)壓比為1.414，達(dá)到這一水平還是有可能的）。因此，下一代大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)論是在性能指標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)還是材料工藝上，這些已經(jīng)可以看到的參照系可能都會(huì)成為初始標(biāo)準(zhǔn)，只有在驅(qū)動(dòng)方式、氣動(dòng)設(shè)計(jì)、參數(shù)選取上更勝一籌，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得一席之地。

公務(wù)機(jī)動(dòng)力高速化趨勢(shì)顯現(xiàn)

2018年10月，新加坡航空公司恢復(fù)全球最長(zhǎng)航線SQ21/22，從新加坡樟宜機(jī)場(chǎng)直飛美國(guó)紐瓦克機(jī)場(chǎng)，航程超過(guò)15000km，飛行時(shí)間接近18h。采用遠(yuǎn)程型A350-900ULR飛機(jī)執(zhí)飛，為了保證舒適性，載客量只有161人，是正常航班的一半。實(shí)際上，同樣起終點(diǎn)的經(jīng)停航班只需要多花4～5h，價(jià)格卻要便宜得多，但對(duì)于追求工作效率的商業(yè)人士來(lái)說(shuō)，對(duì)更高效航空運(yùn)輸?shù)男枨髲奈赐Ｖ?。因此，速度更高的公?wù)機(jī)市場(chǎng)需求依然強(qiáng)勁，且表現(xiàn)出向超聲速、甚至高超聲速發(fā)展的勢(shì)頭。

2018年5月，羅羅公司宣布推出全新的“珍珠”系列公務(wù)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，并表示該發(fā)動(dòng)機(jī)已被龐巴迪“環(huán)球”5500/6500公務(wù)機(jī)選為唯一動(dòng)力，已于2018年2月獲得了EASA認(rèn)證，計(jì)劃于2019年年底投入使用。該系列的第一個(gè)型號(hào)“珍珠”15在推力、油耗、噪聲及排放方面都有較大改善，能夠應(yīng)對(duì)普惠公司的PW800和GE公司的Passport的競(jìng)爭(zhēng)。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用比競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型略小的涵道比（4.8），使得飛行速度能夠達(dá)到馬赫數(shù)（Ma）0.9，相比常規(guī)的商業(yè)航班能夠更好地滿足公務(wù)需求。

然而，高亞聲速還是不夠快，在“協(xié)和”號(hào)飛機(jī)退役十多年后，新的超聲速公務(wù)航空市場(chǎng)又重現(xiàn)復(fù)蘇的跡象。除了洛馬、波音等老牌制造商，博姆（Boom）科技、Aerion航空等初創(chuàng)公司也瞄準(zhǔn)了超聲速客機(jī)市場(chǎng)。Boom科技推出了可乘坐55名乘客的Overture客機(jī)方案，能以Ma 2.2的速度巡航，航程超過(guò)8000km，預(yù)計(jì)20年代中期投入市場(chǎng)。2019年該公司計(jì)劃試飛1/3比例的驗(yàn)證機(jī)XB-1，對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)、復(fù)合材料和推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。原計(jì)劃該驗(yàn)證機(jī)的動(dòng)力采用3臺(tái)GE公司J85-21渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，但目前Boom公司已經(jīng)決定用3臺(tái)GE公司J85-15發(fā)動(dòng)機(jī)替換J85-21發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)于全尺寸飛機(jī)來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇仍是Boom公司面臨的重大問題。出于成本的考慮，Boom公司更傾向于利用現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行衍生，但缺乏具有合適低增壓比壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。比較合適的是涵道比為3～4的中等涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在這個(gè)工作點(diǎn)上飛機(jī)起飛的噪聲比較低，足夠低的涵道比不會(huì)引起太多波阻，并且能保證足夠的燃油效率。

Aerion公司的AS2超聲速公務(wù)機(jī)同樣采用3發(fā)布局，載客12人，最大巡航速度為Ma1.4，計(jì)劃將于2023年首飛，2025年完成適航取證。2017年Aerion公司確定由GE 公司為AS2提供動(dòng)力。2018年10月，GE公司完成發(fā)動(dòng)機(jī)的初始設(shè)計(jì)，將其命名為 “親和力”（Affinity），計(jì)劃在2020年前完成詳細(xì)設(shè)計(jì)審查，并開始原型機(jī)生產(chǎn)。Affinity發(fā)動(dòng)機(jī)的推力為80kN，涵道比為3，是在CFM56/F101核心機(jī)基礎(chǔ)上加裝2級(jí)風(fēng)扇和2級(jí)低壓渦輪，并配以低阻、可調(diào)的進(jìn)排氣系統(tǒng)和全權(quán)限數(shù)字式電子控制（FADEC）系統(tǒng)而來(lái)，可以視為現(xiàn)代化版本的F101，其較低的壓氣機(jī)壓比和中等涵道比剛好能夠滿足超聲速發(fā)動(dòng)機(jī)在相對(duì)較高的高度工作的需求。

該發(fā)動(dòng)機(jī)兼顧了超聲速飛行和亞聲速飛行的需求，但并未徹底解決AS2的聲爆和油耗高的問題。GE公司給出的解決方案是在起飛階段不使用全推力。Affinity發(fā)動(dòng)機(jī)使GE公司利用成熟核心機(jī)技術(shù)搶占了超聲速商業(yè)市場(chǎng)的先機(jī)，也使GE公司以較低的投入試探超聲速動(dòng)力市場(chǎng)的接受度和合理區(qū)間，以便下一步提出更能滿足市場(chǎng)需求的發(fā)動(dòng)機(jī)方案。

而在高超聲速范圍也不乏試水者。在美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）2018年航空學(xué)術(shù)大會(huì)上，波音公司披露了一種高超聲速客運(yùn)飛機(jī)的初始概念方案，巡航速度為Ma5，巡航高度約29260m，能夠2h跨越大西洋或3h跨越太平洋。該方案載客量介于遠(yuǎn)程公務(wù)機(jī)和波音737之間，投入運(yùn)營(yíng)的時(shí)間點(diǎn)大概是在21世紀(jì)30年代末。波音公司認(rèn)為，選擇Ma5是在效率和成本之間的有效平衡，既能在一天之內(nèi)完成跨洋往返飛行，又不需要采用復(fù)雜的超燃沖壓動(dòng)力，只需要用到渦輪-亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)就夠了。超過(guò)Ma5以后，速度提升帶來(lái)的邊際收益在減小，而邊際成本則在增加，并會(huì)在推進(jìn)或材料上碰到技術(shù)臺(tái)階。

航空電推進(jìn)呈現(xiàn)兩極分化

當(dāng)前對(duì)航空電推進(jìn)技術(shù)研發(fā)和驗(yàn)證的力度不斷加強(qiáng)，除傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠商和政府科研機(jī)構(gòu)外，眾多初創(chuàng)企業(yè)也加入了電推進(jìn)航空器的研制。目前全球范圍內(nèi)有約100型電推進(jìn)飛機(jī)正處于研制階段，其中約有60%的項(xiàng)目是由新興初創(chuàng)公司和獨(dú)立公司投資，航空航天公司占了30%（其中主要的原始設(shè)備制造商占一半左右），其他10%左右來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）等學(xué)術(shù)和政府機(jī)構(gòu)。

羅羅混合電支線客機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

目前，航空電推進(jìn)主要包括全電動(dòng)和渦輪-電混合兩種模式。由于電池能量密度的限制，大量純電推進(jìn)的飛行器都在朝著通用航空（GA）或城市空中交通（UAM）方向發(fā)展。而針對(duì)商業(yè)航空市場(chǎng)的大型研發(fā)項(xiàng)目大多是混合電推進(jìn)的，并使用傳統(tǒng)碳?xì)淙剂蟻?lái)提高功率輸出和/或擴(kuò)展航程。目前大部分的項(xiàng)目都使用螺旋槳，大約有1/3的項(xiàng)目使用涵道風(fēng)扇。

歐盟Mahepa項(xiàng)目計(jì)劃采用的HY4氫燃料電池動(dòng)力飛機(jī)

賽峰分布式混合電推進(jìn)系統(tǒng)地面試驗(yàn)

各大航空企業(yè)都已成立了專門的電推進(jìn)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并在該領(lǐng)域取得一定的研究成果。GE公司通過(guò)采用軍用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驗(yàn)證雙轉(zhuǎn)子功率提取方式，并對(duì)1MW電機(jī)/發(fā)電機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，效率達(dá)到98%。羅羅公司提出電動(dòng)變速發(fā)動(dòng)機(jī)概念，在短途飛行中可節(jié)省20%的燃油。聯(lián)合技術(shù)公司研發(fā)出利用電池在飛機(jī)起飛和爬升階段協(xié)助推進(jìn)，而在巡航階段對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行再次優(yōu)化，使整個(gè)能耗降低5%。賽峰集團(tuán)則被貝爾公司和Zunum Aero公司選中，提供分布式混合電推進(jìn)系統(tǒng)解決方案，并在2018年7月完成分布式推進(jìn)系統(tǒng)的首次地面試車?；裟犴f爾公司正在研發(fā)基于HTS900的混合電推進(jìn)系統(tǒng)，但其兆瓦級(jí)發(fā)電機(jī)因?yàn)樾饰催_(dá)到預(yù)期目標(biāo)，導(dǎo)致極光飛行科學(xué)公司的XV-24A研發(fā)項(xiàng)目被美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）取消?？罩锌蛙嚬九c西門子公司、羅羅公司計(jì)劃在2020年對(duì)混合電推進(jìn)支線飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)E-Fan X進(jìn)行試飛。而西門子公司研發(fā)的航空電動(dòng)機(jī)已經(jīng)在飛機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證，并將為空中客車公司的4座eVTOL驗(yàn)證機(jī)提供動(dòng)力。歐盟“模塊化混合電推進(jìn)系統(tǒng)”（Mahepa）項(xiàng)目計(jì)劃在輕型飛機(jī)上對(duì)模塊化混合電推進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和試驗(yàn)，使技術(shù)成熟度（TRL）達(dá)到6級(jí)，并研究是否可在19～70座商用飛機(jī)上應(yīng)用。巴航工業(yè)與優(yōu)步合作提出空中出租車概念，主要目標(biāo)是城市空運(yùn)市場(chǎng)。NASA則支持流體能源公司研究納米電燃料（NEF）液流電池，可以為飛機(jī)提供安全、清潔和安靜的電力能源。

繼賽峰集團(tuán)在2017年發(fā)布航空電推進(jìn)技術(shù)路線圖后，由日本宇航局（JAXA）和工業(yè)界組建的飛機(jī)電氣化聯(lián)盟也在2018年12月發(fā)布了電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)路線圖，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)20年代小型電動(dòng)通用飛機(jī)將投入使用，到30年代小型電動(dòng)商用飛機(jī)、窄體客機(jī)將成為可能，到40年代電力推進(jìn)將成為窄體和小型飛機(jī)的核心技術(shù)，50年代后大型飛機(jī)的電氣化將達(dá)到其理想形式。路線圖分別提出了以大型飛機(jī)和通用飛機(jī)為主的兩種技術(shù)發(fā)展方案，確定的關(guān)鍵技術(shù)包括實(shí)現(xiàn)電力元件的高功率密度和效率、電池的高能量密度，以及電池和電力系統(tǒng)的高安全性和可靠性。

可以看出，目前羅羅、GE、賽峰等傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商以及波音、空客、西門子、NASA等航空制造企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)都在混合電推進(jìn)系統(tǒng)，并選擇現(xiàn)有比較先進(jìn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)力，預(yù)計(jì)到2030年后具備進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行的技術(shù)成熟水平，屆時(shí)將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)造成巨大沖擊。同時(shí)，航空電推進(jìn)的普及也會(huì)對(duì)行業(yè)構(gòu)成帶來(lái)巨大的影響，目前以傳統(tǒng)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)制造商為核心的格局將被打破，在未來(lái)的電推進(jìn)系統(tǒng)中電力系統(tǒng)供應(yīng)商和新興互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商將具備強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。這類企業(yè)能夠借助電力電子行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和類似SpaceX的商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式，以城市空運(yùn)和通用航空市場(chǎng)為突破口，繼而謀求進(jìn)入大型商用飛機(jī)動(dòng)力市場(chǎng)，可能會(huì)對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)造成侵蝕，但同時(shí)也有助于整個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的可持續(xù)增長(zhǎng)，并促進(jìn)傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠商的發(fā)展和轉(zhuǎn)型。