【行业动态】民用航空发动机是否达到了技术极限？

导读：波音787客机动力遄达1000发动机的高压涡轮叶片必须承受的温度远远高于制造它们的镍合金的熔点。这对于其制造商英国罗尔斯-罗伊斯公司（简称罗罗）来说，这是一个严峻的技术挑战，这相当于试图阻止冰块在厨房的沸汤中融化。罗罗工程师们的解决方案就是让冷却空气从叶片上的冷却孔中流出，形成隔绝高温燃气且覆盖叶片表面气膜。这是一种非常聪明的方法，不幸的是，随着发动机功率和效率的提升，这种方法也遇到了一些意想不到的问题。

最近几个月，因为遄达1000发动机叶片的退化速度比预期的要快，英国航空公司，挪威航空航天飞机，维珍航空等运营的波音787飞机已经停飞进行检查和维修。而且随着对航空发动机性能要求越来越高，这类问题在行业中正变得越来越普遍。

处理这类问题的费用也在增加。上周，罗罗公司重新估算了彻底解决遄达1000发动机各种问题的成本为24亿英镑（约合31亿美元），这对罗罗公司实现重新复兴造成了新的挑战。

在过去的一个世纪中，很少有发明能比航空发动机做得更多，它们使人们旅行得更快，更远，而且非常安全。像去年西南航空公司的一个航班发动机故障，出现叶片打碎飞机机窗造成乘客死亡事故非常罕见，而波音737MAX客机的两起致命事故也证明与航空发动机无关。

新型航空发动机投入巨大，不断采用创新的设计制造技术和新型材料，使得其不仅性能越来越先进，同时也变得更加“安静”，让航空乘客的旅途正变得更加舒适。

然而，这些创新也使得航空发动机技术更接近其技术极限，并且导致可靠性问题先后涌现出来。AgencyPartners公司的尼克-坎宁安（NickCunningham）表示：“通过推动功率和效率到达极限，推进系统的其他地方开始出现问题。”

罗罗公司的问题似乎最为严重，大约有40架由遄达1000发动机提供动力的波音787客机停飞。但这也是一个全行业的问题。去年，由于普惠公司为空客最畅销客机A320neo配备的齿轮涡轮风扇（GTF）发动机问题修复和升级，发动机供应短缺，导致空客的生产陷入混乱。最近，由于美国通用电气GE9X发动机部件过早磨损，也使得波音777x宽体客机的首飞被推迟到明年。

这些可靠性问题使得航空公司被迫停飞客机并调整飞行时间表，甚至不得不租赁更换飞机，并告知发动机制造商支付赔偿。

9月份，阿联酋航空公司的老板蒂姆-克拉克（Tim Clark）曾愤怒的表示，制造商交付的飞机没有达到承诺的水平。他说：“请让我们从第一天开始就可以使用机身和发动机。如果无法做到，就不要生产它们。”

科学技术还不是唯一考验发动机制造商的事情。由于空客公司和波音公司竞争白热化，双方在短期内都迅速将数架新型喷气式客机推向市场，这迫使航空发动机制造商们不得不迅速提高产量，交付产品。此外，新兴经济体市场带来了巨大的航空需求，但一些独特的环境问题如尘土飞扬或雾霾等特殊工业环境污染也给发动机运营带来了更多压力。

一方面，发动机制造商们不敢错过苛刻的生产目标以痛失市场，另一方面，由于赶进度导致发动机投入后出现故障也会让发动机面临市场失败。JLS咨询公司总监John Strickland表示：“航空发动机的制造商通常一直会遇到棘手的问题，但在过去40年里，我从未见过他们像最近这样遇到如此长的问题清单。”

本月，印度威胁要对国内航空Indigo公司运营的数十架空客A230neo客机进行强制停飞，除非该公司在明年1月底之前升级或更换现有普惠发动机，该警告之前，印度航空公司发生了几起发动机空中停车事件。

汉莎航空公司的子公司瑞士航空公司于10月将旗下的空客A220机队进行了短暂停飞一天半，以便在连续发生的三起A220客机引擎故障后（上周从法国森林中回收一次此类事故造成的残骸），对普惠发动机进行额外检查。从那时起，加拿大监管机构命令同一类型的飞机在指定高度以上不能全功率运行。

花旗银行的调查显示，大约70%的航空公司和租赁公司表示，发动机问题引起的停飞是一个关键问题。一些公司正在寻找混合型机队，以减少因一型发动机故障全部停飞的风险。这是一种审慎保守的做法，但它比使用单一类型发动机成本更高。

发动机制造商面临的风险主是可靠性问题，这使他们失去了市场份额。罗罗公司的遄达1000发动机出现问题后，新西兰航空公司在今年早些时候将波音787客机的可选动力订单转为采购GE公司的GEnx发动机。Indigo航空公司也选择了CFM国际公司（GE和赛峰集团的合资公司）下了200亿美元的订单，而不是继续从普惠公司购买（普惠声称这一决定与价格有关）。

当然，这些问题也并未影响所有新技术。到目前为止，罗罗公司用在空客A350客机上的遄达XWB发动机已被证明非常可靠。普惠齿轮涡扇发动机最核心的齿轮传动箱也如预期般的表现良好，GTF发动机并没有大的颠覆性问题，毕竟其开发成本高达100亿美元。

但是，除了航空公司的航班时刻表以及制造商的自豪感和获利能力之外，现在航空发动机制造商们还不得不面临抑制碳排放的环保压力。与汽车业一样，航空航天业也正在为划时代的抑制碳排放而努力。航空业占温室气体排放量的2%~3%，而且未来几年飞机的交付量将抵消发动机效率的提高。罗兰-贝格（Roland Berger）的一项研究发现，到2050年，航空业的份额可能上升到10%~25%。

与汽车制造商不同，航空公司缺乏可行的技术替代方案。生物燃料具有潜力，但全电动大型商用飞机可能还有数十年的路程。

发动机制造商也正在研究更高效的航空发动机设计。罗罗公司表示，其超扇发动机Ultrafan技术与第一代遄达发动机相比，可将燃油消耗量提高25%。从技术的角度来看，将行星齿轮传动等创新技术快速推向市场是必不可少的，但急于发展可能会适得其反。立体研究公司（Vertical Research Partners）的Rob Stallard表示：“我的感觉是，欧洲的舆论发展速度比技术要快。”

坎宁安甚至不那么乐观。他说：“在政治动力趋向于更大程度脱碳的那一刻，燃气涡轮发动机已经推出历史舞台了，航空发动机不可能在这里得到更好的发展。”

相关阅读：

原创文章，转载请注明来自@两机动力控制

（欢迎加小编微信号：gtc6000；QQ群：603094810；资料都存在QQ群文件夹中）

---

免责声明：本公众号所载内容为本公众号原创或网络转载，转载内容版权归原作者所有。如涉及作品内容、版权或其他问题，请跟我们联系！转载内容为作者个人观点，并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责。本公众号拥有对此声明的最终解释权。