新型喷气发动机减少油耗15%


  航空发动机使用新型齿轮传动装置,不但可以减少污染,还能提高空运的能效。开发这款发动机的美国发动机制造商普惠公司(Pratt and Whitney)已经签署了一揽子协议,以保证该发动机在2016年投入使用,就用在下一代的空中客车A320(Airbus A320)上。

  该款发动机的设计有望显著降低噪音污染和一氧化氮排放量,油耗减少高达15%。空中客车公司(Airbus)CEO兼董事长汤姆·恩德斯(Tom Enders)表示,燃料的节省意味着每架飞机每年将会少排放3600吨的二氧化碳。

  普惠下一代产品集团(Next Generation Product Family Group)位于康涅狄格的东哈特福德(East Hartford),它的首席工程师格拉汉姆·韦勃(Graham Webb)表示,新型齿轮系统分离了发动机涡轮,这种涡轮气流通过时会转动,它与前端巨大的进气风扇分离开来,就可以使两者的运转都达到最佳速度。

  佛罗里达代托纳比奇(Daytona Beach)市艾姆伯里·利德尔航空大学(Embry-Riddle Aeronautical University)的航空工程师马戈迪·阿提亚(Magdy Attia)表示,齿轮传动式涡扇发动机(turbofan)的构想并不新鲜。这种类型的发动机齿轮装置最初设计要追溯到上世纪八十年代。“但航空工业非常抗拒变革,”他说。“齿轮箱很沉重,口碑不好,说它容易出现问题。”

  阿提亚表示,如果这些问题都能被克服,那效率增加的回报将会相当可观。他认为其他发动机制造商有可能会跟风,去开发他们自己的齿轮传动装置(geared systems)。

  普惠公司开发的新型发动机是一种涡扇发动机。和其他喷射发动机一样,这款引擎也是在压缩空气通过时燃烧燃料;这种空气-燃气混合物膨胀以后会产生推力。但涡扇发动机的前端风扇会推动发动机周围运动速度较慢的空气,让它与更快的炙热燃气混合,以产生额外的推力。

  的确,涡扇发动机所产生的大部分推力来自于这种旁路空气。因此,所需的喷气发动机更小,消耗的燃料也更少。发动机周围的空间也有助于减少噪音。

  发动机周围仓室的尺寸与发动机本身之间的比例被称为涵道比(bypass ratio)。“现代发动机的设计趋势是追求越来越高的涵道比,因为涵道比越高,发动机的效率就越高,”阿提亚说。目前,平均涵道比为8:1左右。齿轮传动系统将会使新发动机的涵道比提高至12:1。

  涡扇发动机前端进气风扇的驱动,是依靠涡扇转动,推动力来自燃烧的燃气-空气喷射。新型发动机使进气风扇的转动速度维持在涡轮速度的三分之一,这种改变有助于改善推进效率。“这让两者(涡轮和进气风扇)都能以最佳速度转动,”韦勃说。

  这种设计也使得发动机的其他元素得以简化。“我们可以去掉几处低压涡轮机级(turbine stages)和两个低压压缩机级(compressor stages),”韦勃说。“这些改变总计减少了发动机上的1500多处翼面,明显减少了航空公司的维修费用。”

  自2008年起,普惠公司就一直在测试齿轮涡扇发动机的试验产品,并实施了75个小时以上的试验性飞行。今后两年,将会有15架发动机投入测试,并有望在2012年底获得发动机认证。