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普惠:加大技术创新提升发动机效率减少碳排放

2021-08-20 15:38:15 中国航空报 吴斌斌 任旼

“根据联合国国际民用航空组织发布的数据显示,航空业产生的二氧化碳约占人类产生的所有二氧化碳的2.5%。研究表明,现代地面运输等其他排放源将比航空业的排放增长更具可再生性。按照飞机和发动机每年效率提升1.5%计算,到2050年航空业产生的二氧化碳总量占比将达18%,甚至更高。对此,普惠公司的对策是加大投资和科技创新力度,并积极展开行动。”近日,在与中国媒体记者举行的线上媒体见面会上,普惠公司商用发动机大中华区客户业务总裁范佑勋、先进技术高级研究员迈克尔·温特分享了普惠公司在技术发展及助力航空业可持续发展等方面的发展措施和路线图。

减少碳排放关键在于提升发动机效率

迈克尔·温特表示,在计算发动机排放的二氧化碳时,只有2%的排放量是在制造和交付发动机过程中产生的,其中包括从地下提取金属、冶炼高质量和纯度的金属、生产制造发动机等;其余98%的二氧化碳都在飞行中产生。这就意味着提升发动机的运行效率至关重要。

迈克尔·温特指出,时间跨越60年,如今的空客A321XLR,燃油消耗比上世纪60年代的波音707减少了70%,其关键的要素就在于发动机可靠度的提升、效率的提升。

事实上,早在2016年,普惠公司就推出了一款全新发动机,即齿轮传动涡轮风扇发动机。发动机的效率是风扇和齿轮系统的推进效率乘以热效率。发动机的热效率是核心,涉及压气机、燃烧室和涡轮等。普惠公司推出了多达48项新技术,以实现齿轮传动涡扇发动机的新架构。这让燃油消耗降低了20%,并大大减少了二氧化碳的排放量。

在这项研究中,普惠公司投资了100亿美元,走过了20年的历程。

也因此,迈克尔·温特认为“在可持续发展的道路上,普惠执着于对技术的追求,一直在探索、创新和发展,走在了节省燃油、降低噪声和环境的可持续性等方面的技术前沿”。

根据普惠公司发布的数据显示,自2016年投入使用以来,齿轮传动涡轮风扇发动机已为54家航空公司运营的1000多架飞机提供动力,飞行时间超过890万个飞行小时,节省燃料近20亿升,减少二氧化碳排放超过500万吨。普惠公司认为,该型发动机可使航空公司实现载客量与航线的增长,并成为减少环境影响的关键因素。

此外,齿轮传动式涡扇发动机采用的传感器比V2500发动机多40%,可以记录每个发动机在每次航行中生成的约400万个数据点,从而显著改善了整个生态系统计划外的维护、安全性和效率。

“这还只是刚起步,这款发动机为未来的改进提供了长足的空间。作为目前应用在单通道飞机上最安静、最绿色和最环保的在役发动机,我们将保持优势并为未来新一代飞机提供动力。”迈克尔·温特表示。

7种航空燃油获认证推动可持续发展

“我们看好可持续航空燃油,尤其是使用不与人类粮食来源产生竞争的原料所制成的可持续航空燃油。”谈及可持续燃料领域,迈克尔·温特表示,目前已有7种可持续航空燃油获得商用飞机“投入式使用”认证。这意味着它们可以高达50%的比例与传统喷气发动机燃油混合使用,而不会对飞机性能或操作产生任何影响。

作为一项能够与现有飞机和架构完全兼容的“投入式使用”解决方案,可持续航空燃油对实现行业减排目标发挥着重要作用。目前,所有的普惠发动机都可以使用最高50%的可持续航空燃油与传统航空燃油混合。采用100%的可持续航空燃油替代传统燃油,可以最终减少由飞机产生的高达80%的碳排放。普惠公司将进一步进行测试并取得认证。

在混合电动技术方面,到本世纪中期,普惠公司将继续推进支线涡轮螺旋桨飞机的试飞,与加拿大政府和Quebec航空航天部门合作。普惠也积极开发技术,以便在同一时期内用单通道飞机进行试飞。普惠认为,无论是气态还是液态氢能源,都将带来新的机遇。早在上世纪50年代,普惠公司就制造了全尺寸发动机进行验证。目前,正在着力研究新技术以提高发动机的效率。

迈克尔·温特介绍,普惠通过优化产品设计和生产、对现有的工厂进行改造、促进员工生活更加多样化、支持运营所在的社区等多项变革,推动航空可持续发展,减小碳足迹。其中包括投资新工厂,以制造陶瓷基复合材料类的全新耐高温材料。在产品开发方面,通过新型发动机研发节省燃油并减少碳排放,加速投资开发新一代技术推进可持续航空燃油的应用,并针对客户需求提供碳中和服务。在技术推进方面,将应用100%的可持续航空燃油、混合电力与氢能技术,以提高发动机效率。将数字化用于设计发动机的工程模型,实现更高效的维护维修和大修,并在发动机全生命周期诊断中保证高效、健康和安全。

贴近中国市场助力中国航空业发展

2009年,由东航与普惠公司共同出资成立的上海普惠飞机发动机维修有限公司在上海开业,成为当时国内第一家与发动机生产厂商合资的发动机维修企业。

随着普惠在中国市场的不断深入拓展,合作的方式也日益多元化。

相关数据显示,截至目前,在中国,共有3300台普惠公司的发动机和辅助动力装置在役,为1350架飞机提供动力。有11家中国航空公司运营的200多架A320neo系列飞机,由齿轮传动涡扇发动机提供动力,可节省8900万加仑燃油,减少85万公吨二氧化碳排放。该型发动机在中国飞行了37万多次航班,飞行小时数已达160万以上。

“其中,齿轮传动涡轮风扇发动机是驱动中国商用航空快速和可持续发展的首选。”范佑勋举例说,在上海虹桥机场,一架由齿轮传动涡轮风扇发动机提供动力的飞机与一架使用传统发动机的飞机相比,可以减小73%的噪声轨迹。航空公司由此可以采用更直接的路径飞行,进一步节省燃油。

此外,普惠PW800发动机采用齿轮传动涡轮风扇系列发动机的核心技术,节省燃油、降低排放和缩小噪声轨迹均达双位数。由PW100和PW150发动机系列提供动力的支线飞机,可节省25%~40%的燃油,降低高达50%的二氧化碳排放。

普惠方面也表示,在推出齿轮传动涡轮风扇发动机之时,就将设计技术与设计构型融合,从商业角度构建制造、维护与服务发动机的正确生态系统。“我们实际上打造了一个全球网络,让业界同仁加入这一网络,从而确保每一位战略伙伴都能从数字化和精益灵活两个层面受益。”迈克尔·温特指出。

对于中国航空业的发展,范佑勋表示其发展势头强劲,增加投资、改善基础设施和加强商用航空与货运航空的连通性等系列举措具有很好的推动作用。

“多年来,我们一直伴随着中国航空业前行;未来也将始终致力于成为中国最好的合作伙伴。”范佑勋说道。

责任编辑:@intern