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新一代开放式风扇发动机RISE:风扇直径3.3米,叶片采用碳纤维复合材料,减排20%,减重1吨

在今年的巴黎航展上,CFM国际展示了正在开发的开放式风扇发动机RISE项目(可持续发动机革命性验证项目),而波音和空客都在帮助测试这种全新的发动机设计,新的发动机有望成为本世纪30年代中后期所有新飞机的主要动力来源。新的发动机设计旨在将喷气发动机的CO排放量减少至少20%。
带有巨型开放式风扇的新型发动机将改变飞机的外观,并大幅减少下一代新型喷气式飞机的碳排放。本月波音公司首席执行官戴夫卡尔霍恩表示:你不能否认它带来的排放和效率提升。空中客车首席技术官萨宾·克劳克表示:空客计划在2025年左右,在A380超大型喷气式客机上试飞CFM概念的开放式风扇发动机。

波音预计将在一架萨博(Saab)340涡轮螺旋桨飞机上试飞CFM设计的另一个突破:节省燃料的混合动力。

新一代开放式风扇发动机RISE:风扇直径3.3米,叶片采用碳纤维复合材料,减排20%,减重1吨

RISE,是CFM在2021年揭晓的下一代涡扇发动机项目。RISE旨在于将燃油消耗和碳排放相比目前最先进的涡扇发动机再降低20%,这将是实现2050年零二氧化碳目标的重要一步。
RISE的核心创新点包括开式风扇结构,碳纤维复合材料风扇叶片,CMC等等,这些技术是在此之前实际已经得到了应用或者深度测试,为RISE项目的发展铺平了道路。下面将介绍其中部分技术及其发展应用。

1,可变距风扇叶片

目前全球涡扇发动机中仅有罗罗的ultrafan真正应用了此项技术,而RISE也将采用该技术。实际上,在1978年GE就和NASA发展了一个此技术的验证发动机——QCSEE,当时QCSEE将涵道比提升到了空前的11:1,达到了极为优秀的燃油效率,并且采用了近些年才成熟的齿轮传动技术,关于这种发动机,谷歌即可得到NASA的完整报告。

新一代开放式风扇发动机RISE:风扇直径3.3米,叶片采用碳纤维复合材料,减排20%,减重1吨

QCSEE发动机

2,开式风扇

开式风扇结构最早在80年代由GE和Safran联合发展,采用开式风扇的GE36第一次于1988年亮相,GE36有两组完全暴露且反向旋转的叶片。顺便说下,GE36这台发动机很有意思值得单独研究。

新一代开放式风扇发动机RISE:风扇直径3.3米,叶片采用碳纤维复合材料,减排20%,减重1吨

GE-36

3,碳纤维复合材料叶片

该技术已经广泛用于GE的发动机上,如GE90,GEnx,GE9X,最初于1995年应用在GE90上,该项技术大大降低了叶片重量并提高了燃油效率,截至目前,使用该技术的发动机总飞行时长达到了两亿小时。

新一代开放式风扇发动机RISE:风扇直径3.3米,叶片采用碳纤维复合材料,减排20%,减重1吨

采用了碳纤维复合材料叶片的GE90发动机

4,CMC

CMC材料是陶瓷基复合材料的简写,这种材料已经运用在LEAP系列和GE9X上,XA100也采用了这种材料。CMC重量只有铁的三分之一,却可以经受住2400华氏度的高温,使用CMC和3D打印组件的LEAP系列发动机燃油效率相比于先前型号提高了15%。基于CMC材料,在2021年NASA与GE合作为RISE开发新的核心机,包括压气机,燃烧室,高压涡轮。

新一代开放式风扇发动机RISE:风扇直径3.3米,叶片采用碳纤维复合材料,减排20%,减重1吨

LEAP

5,混合电力驱动系统

去年GE和NASA模拟了在45000英尺的高度下,兆瓦数千伏级混合电力驱动系统,该系统属于NASA价值2.6亿美元的EPFD项目的一部分,目标在2020s中期进行地面和飞行测试,RISE将整合该系统实现更高的效率和更低的排放。

新一代开放式风扇发动机RISE:风扇直径3.3米,叶片采用碳纤维复合材料,减排20%,减重1吨

混合电力驱动系统

新一代开放式风扇发动机RISE:风扇直径3.3米,叶片采用碳纤维复合材料,减排20%,减重1吨

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来源:新材料平台复合材料行业中心

此文由中国复合材料工业协会搜集整理编译,文章不用于商业目的,仅供行业人士交流,引用请注明出处。


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