對于發動機制造商來說，2015年注定會是一個豐收年。多款新型發動機將完成試車、首飛和交付。同時，隨著飛機交付速度的不斷加快，各型現役發動機的產量也將再創新高。

　　但對于發動機制造商而言，準時交付產品顯然已經不能滿足客戶日益嚴苛的要求，無論是波音還是空客，都希望發動機制造商幫助他們解決下一代飛機的減排、節能、降噪等難題。為此，發動機制造商使出了渾身解數，航空發動機領域的革新一觸即發。

　　普惠：創新飛機/發動機一體化設計

　　憑借齒輪傳動技術，普惠在窄體客機市場重新贏得了一席之地。而今，其創新性地提出了飛機/發動機一體化設計，這個令業界稱奇的新型發動機結構布局是否會再次讓世界驚嘆呢?

　　普惠公司提出這一設想的源頭是美國航空航天局(NASA)和麻省理工學院(MIT)正在聯合研發的D8雙氣泡飛機。這款飛機打破了傳統的“管狀機身+機翼”的結構，發動機被安裝在扁平化機身寬大尾部的上方。

　　這樣的設計能夠使飛機擁有高展弦比機翼，還能使發動機利用流過機體表面的低速附面層，提高推進效率。根據計劃，D8雙氣泡飛機以2035年左右投入使用的“N+3”代飛機為目標，燃油效率較現有窄體客機降低60%。

　　這一設想要成為現實還有不少難題。首先，發動機與機體上表面距離過近,使得風扇必須在吸入附面層時對流動畸變有足夠的容忍裕度。此外，用于D8的發動機涵道比至少要達到20，風扇的尺寸將會很大，這勢必與D8所必須滿足的極低噪聲這一目標相矛盾。

　　由此，普惠公司產生了將核心機反向安裝的突破性想法。空氣仍然通過風扇進入發動機，但與之前直接進入壓氣機不同，空氣通過外側通道到達核心機的后面，再從相反方向進入。

　　這種布局與普惠加拿大公司的PT6發動機類似，空氣從后向前流經發動機，燃氣通過動力(低壓)渦輪后向前排出，渦輪再通過一套齒輪系統連接到風扇。渦輪、齒輪箱和風扇的連接將通過一個相當短的軸。由于核心機并不與動力部分相連，對于航空公司來說，可以很方便地將核心機卸下進行維修。

　　在這一方案中，由于核心機和推進器不再有機械連接，設計者想出可以讓核心機彼此之間呈一定角度安裝的絕妙方式，其安裝角可以達到50°，核心機的出口也通過一個偏轉50°的管道再進入動力渦輪。通過這種方式，兩個核心機之間的角度就超過了90°，這在幾何結構上很容易實現。這也使發動機能夠采用更大的涵道比，如果只是偏轉核心機氣流的話，其流量不會太大，壓力損失也可以降低。

　　普惠公司希望未來能與NASA一起合作來進一步確定構型，同時評估諸如空氣管道、使用陶瓷基復合材料等一系列問題。如果這個項目能夠順利推進，將有利于普惠研發下一代齒輪傳動渦扇發動機。

　　目前，D8項目的另一個合作方麻省理工學院認為，普惠的這一設想是實現D8方案的重要推動力，對于未來的合作持開放的態度。

　　MTU：致力研發新材料

　　在航空領域，新材料的大量應用已是大勢所趨，但相對于主制造商的激進，一段時間內，發動機制造商卻顯得略為保守。令人欣慰的是，這一現象正在慢慢改變。

　　2014年，MTU航空發動機公司與合作伙伴聯合開發了一種用于發動機高壓組件的高溫金屬間化合物材料。這種新型輕質材料是一種鈦鋁合金，專為渦輪葉片設計，結合了金屬和陶瓷材料的優點。

　　目前，這種新材料已經通過硬件飛行驗證。2014年9月，以新材料制成的鈦鋁葉片被安裝在一臺A320neo的齒輪傳動風扇(GTF)發動機上進行了首次試飛，并于當年12月取得認證。使用新材料制作的葉片安裝在高速三轉子低壓渦輪的第三級轉子上。

　　除此之外，MTU的專家還在研發一款增強的鈦鋁合金材料，旨在利用新材料制造渦輪的其他級轉子。新材料的環境優勢在于鈦鋁合金可以減少發動機制造中的資源消耗，降低油耗，比現有發動機更清潔、更安靜。

　　多年來，MTU的專家一直在思索如何激發鈦鋁基金屬間化合物用于航空發動機市場的巨大潛力。在力學性能方面，這種材料與鎳合金幾乎相同，但其密度更低、熔點更高，抗蠕變強度比鈦合金高許多。這些性能歸結于合金的特定組成以及為此專門開發的多種熱處理方法。

　　鈦鋁渦輪葉片比鎳合金組件輕一半，但可靠性和耐久性基本相當。此外，較高的鋁含量讓新材料的抗氧化、抗腐蝕能力明顯提升。MTU公司表示，鈦鋁是高溫高壓極端條件下用于高速低壓渦輪等組件的理想候選材料。

　　鈦鋁合金能夠實現發動機組件減重，這為設計師開辟了新天地。以往，渦輪盤和軸上作用的離心力大，需要用較重的鎳合金制造，從而導致重量過大。使用了鈦鋁葉片后，離心力大大減小，渦輪盤的設計可以進一步優化。

　　在齒輪傳動風扇發動機中使用輕質材料的最大障礙是它們的成形和制造極為困難。長期以來，使用常規、經濟可承受的方法鍛造新材質渦輪葉片是不可能完成的任務。因此，MTU正聯合一些大學和研究機構共同進行研發，試圖通過熱動力計算以確定最佳的鍛造溫度范圍和金相組織。未來，鈦鋁合金的應用或將越來越廣泛。

　　羅羅：放下身段 勇于嘗試

　　繼2011年出售IAE公司的股份給普惠之后，2013年10月，羅羅宣布將V2500發動機業務全面交接給普惠，同時還放棄了與普惠共同研制新一代中型尺寸發動機計劃。這意味著羅羅正式從中等推力發動機市場退出，集中精力專攻寬體客機和超大型飛機發動機研發。

　　為了在這一市場與老對手GE爭奪市場份額，羅羅這家百年老店開始嘗試轉換觀念，嘗試更加激進的新材料和新構型。

　　在羅羅的下一代發動機發展路線圖中，最引人關注的是Advance和UltraFan兩個項目。前者基于換裝核心機的遄達XWB發動機，并采用更大的高壓壓氣機和更小的中壓壓氣機，發動機涵道比將達到11，總壓比達到60，相比現役的遄達700發動機將實現至少20%的燃油效率提升。

　　更為激進的UltraFan項目將采用超大的變槳距風扇結構，涵道比將增加到15，總壓比將達到70，相比遄達700發動機將實現至少25%的耗油效率提升。值得注意的是，這一改變意味著發動機不再是真正的三轉子設計，而是“兩軸半”配置。

　　這對羅羅來說，無疑是一次革命性的嘗試。長期以來，三轉子技術是羅羅公司的看家法寶，但由于這項技術不可避免地會帶來發動機結構異常復雜等問題，使其發展前景受到限制。這也是普惠和GE一直堅持使用雙轉子發動機的原因。

　　除了結構的改變外，在下一代發動機發展路線圖中，羅羅還在低壓系統中首次嘗試應用復合材料。雖然在風扇部分使用復合材料并不是什么新鮮事，但對于羅羅來說，能跨出這一步實屬不易。

　　早在20世紀60年代，在747項目上，羅羅曾經因為在發動機風扇葉片上使用復合材料栽過跟頭。此后很長一段時間，羅羅拒絕再次進行嘗試，并堅稱鈦合金材料仍然具備優勢。

　　隨著風扇直徑日益增大，羅羅開始轉變觀念。目前，除了在風扇部分使用復合材料外，在Ultran項目中，為了減輕發動機重量，羅羅還計劃在噴管等靜止部件上采用陶瓷基復合材料。

　　目前，羅羅正在對這兩個項目分別進行試驗驗證。未來，羅羅還計劃用遄達XWB作為“供體”發動機，在全尺寸發動機上對Advance核心機技術開展更加實質的測試。這兩個項目作為歐盟“凈潔天空2”計劃的重要組成部分，德國和英國政府將在經費上給予支持。

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