【相關(guān)新聞】

松下瞄準(zhǔn)電動汽車空白市場尋求“重生”

本田新款飛度能否成為新的“超級幼獸”？

內(nèi)骨架結(jié)構(gòu)：汽車制造的一大革新

體驗最高時速581公里的磁懸浮中央新干線

從工業(yè)制造邁向生活服務(wù)支援的機(jī)器人

日本飛機(jī)發(fā)動機(jī)主力廠商IHI公司正在推進(jìn)新一代新型飛機(jī)發(fā)動機(jī)的開發(fā)。通過采用碳纖維復(fù)合材料及陶瓷復(fù)合材料等新材料，提高發(fā)動機(jī)的燃效。

最近數(shù)年，新型飛機(jī)相繼登場，例如2011年投入航運的波音787，以及預(yù)定2015年試飛的日本首款國產(chǎn)客機(jī)MRJ等。日本飛機(jī)開發(fā)協(xié)會調(diào)查的結(jié)果顯示，2011年全球飛機(jī)數(shù)量為18239架，到2031年估計會增加到36668架。IHI航空宇宙事業(yè)本部技術(shù)開發(fā)中心發(fā)動機(jī)技術(shù)部長今成邦之稱：“航空運輸市場正以5％的年率高速增長�！�

飛機(jī)發(fā)動機(jī)的燃料消耗率在近50年里削減了約一半。預(yù)定2015年投入營運的空客320neo采用嵌入齒輪的齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)。

開發(fā)新一代飛機(jī)的最大焦點就是改善燃效。因燃料費居高不下，改善燃效便成為首要課題。如果能夠改善燃效，就可削減溫室氣體排放量，并減小對環(huán)境造成的負(fù)荷。

改善飛機(jī)的燃效大體有3個方法。分別是提高發(fā)動機(jī)性能、提高機(jī)身空氣動力性能及減輕機(jī)身重量。

其中，IHI長期以來一直在從事提高發(fā)動機(jī)性能的研究。該公司從1980年代開始涉足飛機(jī)發(fā)動機(jī)開發(fā)，其參與的發(fā)動機(jī)國際共同開發(fā)項目有，1980年代的中型機(jī)空客320，1990年代的大型機(jī)波音777，2000年代的中大型機(jī)波音787。該公司2012年的銷售額為1.05萬億日元，其中航空宇宙業(yè)務(wù)占3000億日元。這30年也可以說是改善發(fā)動機(jī)燃效的30年。

“涵道比”是衡量發(fā)動機(jī)性能的指標(biāo)之一。近年來，民用飛機(jī)的發(fā)動機(jī)通常采用“渦扇發(fā)動機(jī)”方式。這種發(fā)動機(jī)由風(fēng)扇、壓縮機(jī)、燃燒室、高壓渦輪及低壓渦輪構(gòu)成。其工作原理是，旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇吸入空氣后，將之壓縮至40個大氣壓左右，在燃燒室將該壓縮空氣與燃料一同燃燒，生成高溫高壓的燃燒氣體，隨后使燃燒氣體通過渦輪，從排氣口向后方噴射，利用其反作用，獲得飛機(jī)的推力。

利用風(fēng)扇吸入的空氣中，直接擠壓到后方的空氣與用于燃燒的空氣的流量比稱為“涵道比”，涵道比越大，發(fā)動機(jī)的推進(jìn)效率越高，發(fā)動機(jī)的燃效就越好。

空客320的涵道比為5，而波音787提高到了10。向日本航空公司交付的波音787使用了美國通用電氣公司生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)“GEnx”，IHI參與了該發(fā)動機(jī)的開發(fā)，負(fù)責(zé)開發(fā)低壓渦輪的旋轉(zhuǎn)部分等。今成部長介紹道：“為了提高發(fā)動機(jī)性能，需加大風(fēng)扇和低壓渦輪，為了實現(xiàn)輕量化，需要制作出既輕又薄的渦輪旋轉(zhuǎn)部件。本公司擁有滿足這些要求所需的設(shè)計及制造技術(shù)經(jīng)驗，因此受到重視，得以加入了開發(fā)團(tuán)隊�！�

開發(fā)新型齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)

目前IHI正在推進(jìn)開發(fā)新型發(fā)動機(jī)“PW1100G-JM”，該發(fā)動機(jī)將用于預(yù)定2015年投入營運的空客320neo。由美國普惠公司、德國MTU航空發(fā)動機(jī)公司及IHI加盟的日本飛機(jī)發(fā)動機(jī)協(xié)會三方共同開發(fā)。

PW1100G-JM首次采用了“齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)”（GTF）這一新方式，力爭實現(xiàn)高達(dá)12的涵道比。以往的渦扇發(fā)動機(jī)涵道比最高約為10。如果超過這一數(shù)值，就要加大風(fēng)扇，增加渦輪級數(shù)，因此成本和重量也會增加，很難實現(xiàn)實用化。

碳纖維復(fù)合材料制成的風(fēng)扇外殼、碳纖維復(fù)合材料制成的風(fēng)扇整流葉片的照片，旋轉(zhuǎn)的葉片稱為工作葉片，不旋轉(zhuǎn)的葉片稱為整流葉片。 IHI為定于2015年投入營運的空客320neo的齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)，供應(yīng)碳纖維復(fù)合材料制成的風(fēng)扇外殼及風(fēng)扇整流葉片，以實現(xiàn)輕量化。另外，通過在新一代發(fā)動機(jī)的低壓渦輪上采用陶瓷復(fù)合材料（CMC），提高了其耐熱性，進(jìn)一步實現(xiàn)了輕量化。

齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)通過嵌入齒輪（變速箱），可在緩慢旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的同時，快速旋轉(zhuǎn)渦輪。由此，就可在改善發(fā)動機(jī)燃效的同時，避免渦輪增大以及成本增加。今成部長充滿期待地說：“齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)的涵道比最大可達(dá)到20左右，今后也有望應(yīng)用于新一代發(fā)動機(jī)�！�

IHI在風(fēng)扇外殼和風(fēng)扇葉片上采用了碳纖維復(fù)合材料（CFRP），實現(xiàn)了輕量化。在中型機(jī)的發(fā)動機(jī)上采用碳纖維復(fù)合材料在全球尚屬首次。

IHI1980年代曾在空客320的發(fā)動機(jī)的幾個部件中采用過碳纖維復(fù)合材料，積累了一定的技術(shù)實力。今成部長滿懷喜悅地說：“這項技術(shù)在20年后結(jié)出了碩果�！睆目湛�320到空客320neo，發(fā)動機(jī)的燃效改善了15％。

IHI正在進(jìn)一步推進(jìn)技術(shù)開發(fā)，要在新一代發(fā)動機(jī)的渦輪高溫部位使用陶瓷復(fù)合材料（CMC）這種新材料。就是利用陶瓷復(fù)合材料制造低壓渦輪葉片。今成部長表示，由于陶瓷復(fù)合材料的耐熱性高達(dá)1300℃，而且重量較輕，因此“發(fā)動機(jī)的燃效可進(jìn)一步提高10％。我們力爭最早于2020年實現(xiàn)實用化”。可能用于空客320neo的后續(xù)機(jī)型，及最早會在2019年投放市場的波音777后續(xù)機(jī)型中。

通過采用這些新材料等，飛機(jī)的燃耗在近50年里削減了約一半。

2020年還將利用生物燃料

IHI與神戶大學(xué)榎本平教授等共同開發(fā)了生物燃料原料藻，并力爭實現(xiàn)實用化。照片為培養(yǎng)原料藻的情形。

為了滿足市場增長及燃料使用量增大的需求，IHI目前還在開發(fā)飛機(jī)專用生物燃料。與神戶大學(xué)榎本平教授領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)小組及Neo Morgan研究所合作，共同設(shè)立了合資公司，目前正在采用榎本教授進(jìn)行了品種改良的“榎本藻”，開發(fā)生物燃料。據(jù)稱這是單位面積燃料產(chǎn)能最大的藻類。力爭2020年實現(xiàn)商用化，2030年普及�，F(xiàn)已利用水槽完成試產(chǎn)，將開始在數(shù)百平方米的水池中生產(chǎn)。（作者：藤田香，日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）