田晔
得益于复合材料的广泛应用、发动机结构的不断改进以及新的制造技术的日趋成熟,商用航空发动机产业在近几年来呈现出百花齐放的蓬勃发展态势。根据预测,到2020年之前,将有6款跨越两代推进技术的全新清洁商业航空发动机投入使用。GEnx、遄达1000、遄达XWB、PW1000G、LEAP和GE9X发动机将取代服役十几年的老旧型号,新型发动机产品的推力将覆盖从14000磅到105000磅的范围。发动机产品多样性极大地刺激了航空动力产业的发展。然而,新产品中却独缺40000~60000磅推力范围的新型发动机。
这一缺失将很快得到解决。2015年巴黎航展前夕,波音公司公开表示将推出一款取代波音757和767-200的“中间级市场”(MOM)飞机,预计2025年前后投入使用。新机型将结合宽体客机舒适性与窄体客机经济性等特点,能够搭载220名乘客,航程为9260千米。
早在20世纪60年代末,为了争夺当时的MOM市场,各大飞机制造商纷纷推出各自的宽体客机,以期在接下来的十年间抢占市场高地。其中主要竞争机型包括波音747、道格拉斯DC-10、洛克希德L-1011以及空客A300。与之配套的发动机产品不断涌现:JT9D、CF6、RB211、PW2000、PW4000和遄达700发动机能够满足窄体和宽体飞机的动力需求,并通过不断改进,用于之后的波音757、767和空客A330等飞机。 如今,商用发动机制造商争夺MOM市场的战鼓再次敲响。
若只考虑推力超过60000磅的宽体客机市场,在过去的50年里,仅GE和普惠两家公司就生产了超过10000台发动机,部分发动机至今仍为航空运输提供着安全保障。而对于新一代飞机来说,这些经典的发动机技术已然落后,制造商们将目光聚焦于显著减少油耗的新型推进技术上,并计划在未来10年将新的产品投入市场。
巴黎航展期间,GE公司首席执行官大卫·乔伊斯(David Joyce)表示,MOM飞机需要配装一款推力为40000~50000磅新型清洁能源发动机,这意味着发动机制造商将花费数十亿美元研发全新的商业发动机。乔伊斯介绍:“纵观GE的发动机家族,我们并没有适用于MOM飞机推力范围的商用发动机,因此我们将开发一款全新的产品。”而普惠公司商用发动机项目总裁格恩哈特(Greg Gernhardt)表示,普惠研发的PW1000系列齿轮传动风扇发动机在未来还有很大的发展空间,在应对MOM概念飞机时普惠拥有更多机会。
飞行国际高级咨询顾问理查德·埃文斯(Richard Evans)认为,波音757使用的是20世纪80年代的技术,而最新的MOM飞机则会采用全新技术大幅改进燃油效率。按照业界的普遍算法,民航客机每年的燃油消耗率要降低0.5%~1%,预计到2025年,新型发动机的燃油消耗将减少20%~45%。
波音公司的新型概念机目前仍有一些问题悬而未决,比如新机型是和波音767一样大或者更大,还是像20世纪80年代被取缔的7J7项目一样,机身大小介于757和767之间?
同样的疑问发生在对飞机发动机结构的选择上。普惠公司“十余年磨一剑”的齿轮传动风扇发动机即将于明年正式装配空客A320neo客机,同时该公司对宽体客机市场表现出了浓厚兴趣;罗罗正大力投入齿轮传动技术的应用;而GE于2013年收购了意大利Avio公司航空业务部,Avio公司在传动系统方面位于行业领先。
大多数航空发动机企业高管不愿透露关于新MOM飞机配套动力系统的设计预想,但普惠技术与环境副总裁艾伦·爱普斯坦(Alan Epstein)则提出了一个大胆的推测。今年6月,爱普斯坦在普惠新闻发布会上回应关于MOM飞机发动机的相关问题时说道:“未来无论哪家制造商推出新一代飞机,它都会装配齿轮传动发动机。”
普惠PW1217G发动机
有人质疑爱普斯坦如此笃定齿轮传动技术能够广泛应用,是因为普惠的竞争对手们都在研发新的齿轮传动发动机,好与PW1000系列发动机相抗衡。罗罗研究齿轮结构和改善热循环效率等关键技术已是公开的事实,这些技术将用于2020开始服役的Advance发动机上。此外,罗罗还将推出更先进的带可调风扇叶片间距的“UltraFan”发动机。
罗罗航空业务总裁托尼·伍德(Tony Wood)曾公开表示要向波音MOM飞机的动力需求靠拢。随着庞巴迪C系列客机和巴西航空工业公司E喷气客机的相继问世,冲击了波音与空客的窄体客机市场,窄体客机的市场分割将成为长期趋势。为此,罗罗将在发动机技术研发上加大投入,使其满足不同的市场需求。伍德强调,Adance和UltraFan发动机技术可以扩展和应用在不同类型的飞机上。“过去15年里,罗罗的发动机研发速度非常快,每隔几年我们就要推出一款新的发动机。现在我们手中有大量订单,这为先进技术的应用提供了基础,因此我们研发的速度必须足够快,以应对任何机遇。”同时,伍德指出,波音公司的新概念飞机面对的是中间级市场,因此它不应被看作是另一种窄体客机项目。
今年6月,爱普斯坦在普惠新闻发布会上回应关于MoM飞机发动机的相关问题时说道:“未来无论哪家制造商推出新一代飞机,它都会装配齿轮传动发动机。”
罗罗大型发动机项目负责人埃里克·舒尔茨(Eric Schulz)表示,波音之所以提出MOM概念,就是为了增强波音公司在宽体客机市场的影响力。空客A321客机订单的火爆已经清楚地表明了中间级市场的需求。“我们期待从中间级市场到宽体机市场之间的自然过渡,这正是波音寻求新机型以替代757飞机的原因”,舒尔茨认为,如果MOM飞机的定位是高端窄体客机或低端宽体客机,对于罗罗来说,这都是一块诱人的“市场蛋糕”。舒尔茨强调,罗罗一直致力于为客户提供舒适和高效的发动机产品,他们有能力重回MOM市场。