通用電氣公司請螺旋槳飛機發動機重新出山減少20%的燃料消耗
通用電氣曾經認為超高效的螺旋槳是航空旅行的未來,直到20世紀80年代末的低油價使油耗下降到優先考慮的清單上。現在,它通過CFM Rise把它們帶了回來,螺旋槳好處顯而易見:承諾節省20%的燃料。無蝸殼風扇(UDFs),也被稱為螺旋槳風扇或開放式轉子發動機,最早出現在20世紀70年代。
在現代人眼裡,它們看起來有點奇怪,前面是光滑的機艙和進氣口,後面有兩組風扇葉片探出到開放的空氣中。通常情況下,有很多葉片向後掠過,並且大幅度扭曲。後部葉片的扭曲方向與前部葉片相反;有時它們反轉,其他的根本不轉,充當可變間距的定子葉片,以幫助流量恢復。
GE白皮書中寫道:”航空推進的歷史告訴我們,以前在效率方面的所有突破都是通過新技術實現的,這些技術允許更大的風扇尺寸和更高的旁通率。Propfans做到了這兩點,其方式是將渦輪螺旋槳的燃油效率與渦輪風扇的速度和性能相結合。”
同時,通用電氣公司的歷史告訴我們,該公司早在1989年就有了一個即將準備好的螺旋槳發動機,能夠以0.84馬赫的速度巡航,並承諾比當時流行的渦扇發動機有30%的燃料效率優勢。GE36 UDF與斯奈克瑪公司合作製造,進入了原型機和飛行測試階段,但是一旦歐佩克取消石油禁運,燃料價格崩潰,該設計被擱置。
最近,燃料價格非常不穩定,隨著航空業面臨著高度能源密集型業務去碳化的挑戰,推進效率又開始流行起來了。電池和氫氣不能完全取代煤油作為能源載體,所以你能從電子中擠出的任何額外里程都變得至關重要。
因此,通用電氣再次回到了螺旋槳產品上,通過CFM國際公司(與賽峰飛機發動機公司,前身為斯奈克瑪公司)的50/50的合資企業,它在2021年宣布了一種新的UDF客機發動機,名為Rise。
開放式旋翼設計在空中放置了大量長的、可控制螺距的葉片,將當今渦輪風扇的速度和性能與渦輪螺旋槳的效率相結合。
在過去30多年裡,整個行業的效率可能有所提高,但通用電氣表示,在一定的能量下,Rise發動機仍應比目前市場上的其他產品多行駛20%的里程。
雖然噪音- 無論是在機艙內還是在地面上都一直是以前一些螺旋槳設計的問題,但CFM團隊說,Rise發動機正在被”驗證以滿足最嚴格的……噪音排放要求。”
“該行業不可能在2050年達到淨零排放的目標,靠的是燃料效率的現狀增量改進,”通用電氣航空航天公司工程部副總裁穆罕默德-阿里說。”需要革命性的技術。這就是為什麼我們相信開放風扇的時間是現在,這種先進的發動機架構可以釋放出CFM有史以來發動機效率的最大跳躍。這得到了我們迄今為止最全面的測試路線圖的支持,以證明這些技術在未來的飛行中是成熟的。”
Rise發動機可以安裝在客機的尾翼上,而且它在頂部安裝的機翼下和較為低矮的機翼上都沒有問題。該團隊已經與空中客車公司簽署了一項協議,一些裝配螺旋槳發動機產品的示範機預計”在2020年代中期”飛行。
目前,已有原型機建成,CFM已經在地面進行了約400次測試。與此同時,GE航空航天公司一直在做一些模擬工作,在周五的一份新聞稿中宣布,它正在使用世界上最快的超級計算機。
美國國防部橡樹嶺國家實驗室的Frontier超級計算機每秒可以進行超過五億次的計算,因此,它正在提供非常詳細的計算流體動力學(CFD)模型,研究環境空氣將如何在速度和高度上與這些大型螺旋槳互動。
客機業務的創新往往是以蝸牛的速度進行的,近期我們不會期望在商業客機上看到這樣的東西,直到2030年代,如果它真的發生的話。
但是,在這個和其他像勞斯萊斯Ultrafan這樣的努力之間,當像ZeroAvia和Universal Hydrogen這樣的公司把他們的清潔航空動力系統建造、測試和認證到全尺寸的國際客機時,很可能已經有了一種高效的推進技術。