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英国的新型巨型喷气发动机旨在解决航空碳排放问题

发表时间:2020-04-04

导读:据英国BBC网站1月17日报道,英国罗罗公司和反应发动机公司正在加速新型航空客机发动机的研制,计划通过技术提升来增强发动机效率,减少碳排放。但环保主义提出了反对,因为目前解决碳排放最好的办法就是降低飞机数量。

罗罗Ultrafan发动机具有巨大的碳纤维复合材料叶片和钛合金前缘

罗罗公司布里斯托尔研发工厂的罗娜-卡特(Lorna Carter)表示:“这比我之前见过的所有尺寸都要大。” 她与巨型机器人合作,铺设了数千条碳纤维带,形成了一个直径约3.7米的圆柱体,它将构成罗罗发动机公司Ultrafan的机匣。

罗罗公司仍在开发Ultrafan发动机,卡特表示该发动机将比以前制造的任何发动机产品都要更安静,更省油。

卡特解释道:“我们试图制造的组件非常庞大,而且我们已经达到了生产能力要求,这确实在扩大我们的工作范围。”

罗罗公司还耗资2500万英镑的工厂中开发了机器人,该机器人可以用碳纤维制成风扇叶片,这一过程已经花费了10多年的时间才将工艺调试完美。

卡特与机器人合作制造发动机机匣

与以前的材料相比,用碳纤维制成的风扇机匣和叶片将使得重量减轻20%。这一点对于航空航天行业来说很重要,重量的减轻将意味着飞机的效率越来越高。目前航空航天行业承受着减少碳排放的巨大压力,而且航空交通发展却非常迅速,罗罗公司预计,未来20年全球将需要37,000架新客机。

罗罗公司未来项目主管艾伦-纽比(Alan Newby)表示:“我们已经走了很长一段路,但挑战在于将排放量的降低与航空交通量的增长脱钩。”

罗罗的Ultrafan发动机还采用了齿轮传动结构,从而使得Ultrafan发动机的风扇尺寸更大,发动机效率进一步提高。这是一项创新技术,已在尺寸相对较少的美国普惠公司PW1000G发动机上使用,并在窄体客机发动机市场取得了很大的成功。

罗罗公司和其他航空航天业者还在研究飞机的电动和混合动力推进系统,不过在目前的技术条件下,对于长途客机,目前喷气发动机是唯一的选择。

新型罗罗发动机需要一个3.7米宽的巨型风扇机匣

喷气发动机是第二次世界大战以来一直存在的技术,那么喷气发动机的效率提高了多少呢呢?克兰菲尔德大学推进工程中心的动力和推进系主任伯力克-皮利迪斯(Pericles Pilidis)教授表示,很多。

他所在的系和包括空客和罗罗在内的航空航天公司一起从事研究项目。他说:“我确实希望改善会持续下去。” 更好的材料,更有效的形状和改进的涂层都可以使发动机更轻,更坚固。

他还指出,更轻的发动机意味着飞机结构可以更轻,风扇机匣减轻20%听上去似乎也没什么,但是在航空工业,重量哪怕增加一点点,都可能对飞机设计产生很大的变化。

蒂尔集团(Teal Group)分析副总裁理查德-阿伯拉菲亚(Richard Aboulafia)表示:“只要有10%~12%的变化也许不那么令人印象深刻,但是它却可以说是革命性的,因为在利润微薄的航空业中,那是生与死之间的差异。”

不过值得一提的是,一家英国公司正在寻求逐步改变推进方式。英国反应发动机公司正在开发一种名为佩刀(Sabre)的火箭发动机,该发动机将用于高速飞机和航天器动力。

该公司计划让飞行器达到5倍超音速以上,在这种速度下,进入发动机的空气可以达到1,000摄氏度。显然,该温度会损坏发动机,因此,反应发动机公司开发了一种特殊的冷却系统,该系统是由厚度小于1mm的微型管制成的,可以通过系统输送高压冷却剂,能够在0.05秒时间内将1000摄氏度总温的来流空气冷却到零下150摄氏度而不会结霜。

反应发动机公司希望其引擎能够以超过5马赫速飞行

反应发动机公司首席执行官马克-托马斯(Mark Thomas)表示:“佩刀发动机是完全独特的,我们知道,世界上没有其他人正在开发一种可主动吸气的火箭发动机。我们的预冷器技术……与任何其他产品都处于不同的类别。它具有超高性能,超轻便,高度小型化……完全处于不同的领域。”

反应发动机公司计划2020年开始制造佩刀发动机,并于2021年对其进行测试。

反应发动机公司的预冷器也可以在常规喷气发动机上使用,使发动机效率更高,这一想法已在罗罗公司进行了测试。

根据皮利迪斯教授的说法,距离客机动力发生根本变化还需要30年。到那时,他认为将从目前的设计(基本上是发动机悬挂在机翼下方的吊舱式)过渡到“混合机翼”设计。

30年后,飞机可能看起来更像是克兰菲尔德大学的这种设计

在这种设计下,飞机机翼将和发动机融合在一起,发动机位于飞机顶部,并且甚至可能由氢燃料驱动,而氢气有可能成为一种极低排放的燃料。“氢燃料是不可避免的,这是使航空完全脱碳的长期解决方案。”皮利迪斯教授说。

但是,环保主义者认为,需要早日采取行动。

地球之友组织的活动者珍妮-贝茨(Jenny Bates)表示:“技术在减少排放中始终发挥着作用,但是解决气候危机是我们目前需要继续解决的问题。相反,当务之急是减少天空中的飞机数量以减少排放,这是防止进一步的气候崩溃的关键。”



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