隨著未來客機更高效的備選推進系統(tǒng)研究的加速開展,賽峰集團已成為最新一家公布其混合及電推進技術(shù)發(fā)展路線圖的發(fā)動機制造商。該法國制造商相信,隨著能量儲備和大功率傳輸關(guān)鍵技術(shù)問題的解決,到2040年開發(fā)首個100%電推進大型飛機有可能可行。但是,渦扇發(fā)動機的改進仍將繼續(xù)領(lǐng)路,并謹慎認為只有在綜合了能量管理、發(fā)動機綜合與推進系統(tǒng)效率所取得的突破后,才能實現(xiàn)整個推進技術(shù)進步。
賽峰認為更高涵道比發(fā)動機、開式轉(zhuǎn)子、邊界層吸入和分布式及混合推進的出現(xiàn),大大擴展了未來客機的設(shè)計空間。賽峰集團提出的電推進技術(shù)發(fā)展路線為:2030年前實現(xiàn)初步混合電推進;2035年實現(xiàn)帶邊界層吸入的混合分布式電推進;2040年可能實現(xiàn)100%電推進;近期關(guān)注更高涵道比渦扇發(fā)動機和更高的集成度。
賽峰飛機發(fā)動機研究與技術(shù)副總裁杰羅姆·博尼尼稱,在面對全電推進技術(shù)問題時,我們需要采用組合方式。他在曼徹斯特舉行的2017吸氣式發(fā)動機國際協(xié)會會議上說:“主要問題是電池的能量密度以及未來20年其預(yù)計的發(fā)展變化?!碑斍暗碾姵丶s為系統(tǒng)級200瓦時/千克(Wh/kg),到2035年有望達到500瓦時/千克。但即使達到了1000瓦時/千克,也要比煤油的12000瓦時/千克低很多。博尼尼說:“如果想實現(xiàn)全電推進,我們不得不取得巨大的進展,雖然該技術(shù)在研發(fā)過程中,但應(yīng)用到大型飛機可能還不現(xiàn)實。我們認為未來有更多的路徑,我們應(yīng)當同時在3個方面實施推進技術(shù)的改進,首先是改善動力裝置效率,第二是將動力裝置更好地與機身綜合,第三是通過推進和非推進手段改善能量管理?!?/p>
賽峰飛機發(fā)動機公司將其雄心勃勃的技術(shù)目標與歐洲“飛行軌跡2050”(FlightPath 2050)計劃中航空研究與創(chuàng)新咨詢委員會提出的遠期環(huán)境目標相匹配。這些目標要求到2050年與2000年水平的飛機相比,CO2排放減少75%、N2O(一氧化二氮)排放減少90%、噪聲降低65%。
賽峰的電推進路線圖基于“分步走”方式。博尼尼說:“2030年,我們期望實現(xiàn)混合推進系統(tǒng),起飛、爬升和慢車推力的10%為電力提供。這也是符合電池技術(shù)的發(fā)展步伐。”此時,該初步系統(tǒng)的大部分推力仍由常規(guī)渦扇發(fā)動機提供。2035年,在能量儲備取得進展后,賽峰預(yù)測混合分布式推進系統(tǒng)與邊界層吸入(BLI)綜合概念可實現(xiàn)推力的20%~50%為電力提供。在BLI設(shè)計中,一種安裝在尾部的風扇將機身上緩慢運動的邊界層氣流吸入并激勵氣體流動,進而降低動量阻力。該風扇可采用機械或電驅(qū)動,在賽峰路線圖中該風扇由電池及發(fā)動機產(chǎn)生的電力驅(qū)動。
賽峰預(yù)測,到21世紀30年代中期,分布式混合推進系統(tǒng)與邊界層吸入綜合將實現(xiàn)推力的近50%將由電能提供。賽峰還在探索潛在的設(shè)計構(gòu)型,以實現(xiàn)開式轉(zhuǎn)子推進效率的最大化,其中之一是推進器安裝在雙機身中間采用非常規(guī)的推拉布局。
博尼尼相信,約在相同時期,開發(fā)分布式推進系統(tǒng)可能是可行的。之后在2040年,我們可能會看到如果使用氫能源將實現(xiàn)CO2零排放的100%電推進系統(tǒng)。但該目標將在解決了能量儲備和大功率能量傳輸這兩大問題后才會成為可能。
賽峰還在通過其動力單元部開發(fā)燃料電池技術(shù),并面向單通道客機營銷其“電動綠色滑行系統(tǒng)”前輪系統(tǒng)。該綠色滑行系統(tǒng)預(yù)計將在一次典型飛行中(取決于時間與滑行距離)節(jié)省2%~5%耗油,對于機場來說可減少CO2排放61%、CO(一氧化碳)排放73%、N2O(一氧化二氮)排放51%、未燃燒碳氫化合物62%。
該公司將推進效率提升到超過當前的發(fā)動機水平的主要工作是在“潔凈天空1”中研制的開式轉(zhuǎn)子概念,目前正在開展地面試驗,另外就是在“潔凈天空2”中開展的涵道式超高函道比(UHBR)發(fā)動機的研究。博尼尼稱:“該UHBR驗證機將集成目前正在試驗臺上試驗的發(fā)動機模塊的下一代設(shè)計,我們預(yù)計將比Leap發(fā)動機油耗降低5%~10%,但該構(gòu)型由于尺寸和重量問題存在安裝方面的挑戰(zhàn),這可能會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滾雪球式放大的不利影響?!?/p>
UHBR驗證機的先進技術(shù)低壓部件正由德國發(fā)動機制造商MTU航空發(fā)動機公司在Enoval(發(fā)動機模塊化驗證)項目下進行研發(fā)。目標是CO2排放降低5%、噪聲降低1.3分貝,通過將涵道比從12增加到20、提升總壓比至70,實現(xiàn)性能升級。Enoval關(guān)注點包括低重量、低阻力短艙,先進的高負載高速增壓級,更大尺寸3D樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型風扇葉片以及開發(fā)陶瓷基復(fù)合材料的下一代高速低壓渦輪。
UHBR的核心是驅(qū)動風扇的減速箱,保持了由普惠PW1000G齒輪傳動渦扇發(fā)動機以及最近羅羅采用功率變速箱驅(qū)動的UltraFan發(fā)動機所建立的趨勢。
向更高涵道渦扇發(fā)動機以及可能的BLI推進器、開式轉(zhuǎn)子和分布式推進的轉(zhuǎn)變打開了未來潛在應(yīng)用的設(shè)計空間。博尼尼稱:“我們正在探索上述所有的構(gòu)型,我們還不知道哪種解決方案是最佳的,但目前我們確信的是發(fā)動機制造商和飛機制造商間的界限將發(fā)生變化,我們需要更高等級的飛發(fā)綜合。”