深度丨民用航空发动机技术2021年发展综述

1.美国GE9X发动机通过吸灰试验

11月，美国GE航空成功对GE9X发动机进行了吸灰测试，以分析其从起飞、巡航到着陆的整个飞行包线中的表现。经过1600次飞行循环测试并进行内窥镜检查后，结果显示所有组件都按预期运行。此次测试表明该发动机能够在最恶劣环境下执行日常飞行。此外，GE航空预计在2022年上半年完成GE9X增程运行（ETOPS）测试。

图1 GE9X涡扇发动机

10月，俄罗斯联合发动机制造集团（UEC）成功完成第二台PD-8发动机核心机测试工作，该发动机将配装即将推出的SSJ-NEW飞机。最新试验显示发动机部件运行正常，温度和压力参数符合要求，环境标准达标。PD-8第一架原型机正在制造，下一阶段工作将于2022年年初开始，届时将开展首台原型机台架试验。

图2 PD-8涡扇发动机

2月，俄罗斯彼尔姆航空发动机公司宣布其已获得俄罗斯联邦航空运输局批准的PD-14发动机生产组织批准证书，将允许该公司推进PD-14发动机的批量生产。10月，UEC完成了PD-14发动机核心机火山灰试验，这是俄航空发动机制造史上首次在火山灰条件下进行的核心机试验。结果表明，火山灰不会对发动机造成不良后果，发动机性能没有受到影响。PD-14发动机是俄罗斯以现代技术和国产材料为基础，专为新型MC-21客机研制的首台俄产涡扇发动机。与现役同类发动机相比，PD-14发动机有望将全寿命周期成本降低15%～20%。

图3 PD-14涡扇发动机

10月，UEC宣布其完成了PD-35发动机核心机的组装，该发动机将用于远程宽体客机。目前，核心机正在按照批准的程序在标准大气中进行测试，以确认核心机基本设计性能，初步测试结果表明该发动机各部件和系统运行稳定。

图4 PD-35涡扇发动机

早在2021年年初，罗罗公司便在其最先进的试车台80上成功完成了第一次发动机试车。该试车台是世界上最大、最智能的室内航空航天试车台，将有能力测试超扇发动机，以及未来的混合电推进或全电推进系统。8月，超扇发动机项目的动力齿轮箱（PGB）在德国开展试验。试验结果显示，这套齿轮传动系统的运行功率达到了创纪录的64兆瓦，该功率水平标志着作为超扇发动机核心技术之一的PGB已经较为成熟，可以用于之后的演示验证机之中。2022年初，罗罗公司计划对超扇发动机开展地面试验。

图5 超扇发动机

2021年6月14日，GE航空与赛峰集团共同宣布启动“可持续发动机革新技术”（RISE）计划，该计划将通过一系列颠覆性技术的开发以推进下一代开式转子发动机的研发，预计于2025年前后开展第一台样机的测试工作，并于2035年前后推出新一代开式转子发动机以装配下一代单通道客机。下一代开式转子发动机将比目前效率最高的发动机（如Leap-1发动机）至少高出20%的燃油效率，实现大幅度减排，引领可持续航空的发展。

该项目将制定全面的技术路线图，包括复合材料风扇叶片、耐热金属合金、陶瓷基复合材料、混合电推进和3D打印。RISE计划包括300多个独立的组件、模块和发动机整机制造。

图6  CFM开式转子发动机示意图

二、现役民用发动机持续改进升级、推出新型号

1.普惠公司发布新一代GTF Advantage发动机

12月，美国普惠公司发布GTF发动机新型号GTF Advantage，新发动机将作为空客A320neo系列窄体客机中动力最强的发动机，每台发动机起飞推力达151.1千牛，预计2024年1月开始服役。相对于GTF发动机，新发动机的技术改进包括：（1）更好的气动设计，通过最新的计算流体动力学工具优化压气机和涡轮的叶片以提升效率；（2）主动间隙控制，通过收缩涡轮叶片和密封件之间的间隙，提升整个飞行包线内的性能；（3）新型涂层技术，通过增加隔热层，使用新材料，增加整个核心机的抗侵蚀和抗污垢性，提升耐久性。

图7  GTF Advantage涡扇发动机

5月，罗罗公司正式推出“珍珠”10X发动机，该发动机将作为达索公司全新商务机“猎鹰”10X的唯一动力装置，发动机推力超过80千牛，相较于罗罗公司上一代公务机发动机，“珍珠”10X的效率提高了5%，同时具有出色的低噪音和低排放性能，是一型推力与效率兼顾、市场领先的发动机。此外，罗罗公司的“珍珠”700发动机在10月已完成8000多个测试循环和3000多个测试小时，达到了一个重要的测试里程碑，该发动机将在2022年完成认证并投入使用。

图8 “珍珠”10X涡扇发动机

同样在10月，GE航空新型涡桨发动机“催化剂”已安装在比奇飞机公司的“空中国王”飞行测试平台上，在德国进行了首飞，这是该发动机的重要里程碑。“催化剂”发动机是通用航空市场30多年来首款全新研制的涡桨发动机，将为德事隆航空公司的“塞斯纳迪纳利”公务机提供动力。

图9 “催化剂”涡桨发动机