據(jù)統(tǒng)計(jì)，航空燃料占總航空運(yùn)輸成本的36%以上，航空公司一直面臨著必須不斷降低油耗（高效）的壓力，如何實(shí)現(xiàn)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗的顯著降低，一直是各大航空公司和發(fā)動(dòng)機(jī)公司追求的目標(biāo)。事實(shí)上，航空運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展在帶來社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染。為保障航空業(yè)的發(fā)展和保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境，綠色航空成為航空業(yè)發(fā)展的單行線，它既是航空業(yè)發(fā)展的更高目標(biāo)，同時(shí)也是航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本要求之一。在一些國家和國際組織的推動(dòng)下，相繼出臺(tái)了一些越來越嚴(yán)苛的，針對(duì)飛機(jī)排放和噪聲標(biāo)準(zhǔn)的階段性環(huán)保目標(biāo)與政策。一方面這些新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)了航空業(yè)技術(shù)革命，有利于行業(yè)的良性發(fā)展，另一方面綠色環(huán)保要求無形中抬高了行業(yè)的門檻，對(duì)像我國在內(nèi)的民用航空業(yè)后來者帶來了更大的壓力。為滿足來自環(huán)境（污染排放）、資源（燃料）和社會(huì)（噪聲）的要求，新一代民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)必然朝著高效清潔方向發(fā)展。

高效民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

降低油耗和減少污染排放是下一代民用航空的主攻方向，其中降低油耗的方法主要有兩種：一為提高整機(jī)效率，這主要通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)的總壓比和更高的循環(huán)溫度來實(shí)現(xiàn)，受現(xiàn)有材料和冷卻技術(shù)水平的限制，很難進(jìn)一步提高；另一方法為提高推進(jìn)效率，這主要通過提高涵道比，增大空氣流量，降低排氣速度來實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)如采用非常高的涵道比會(huì)導(dǎo)致風(fēng)扇和低壓系統(tǒng)的不適配。

受傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)和結(jié)構(gòu)的性能改進(jìn)限制，進(jìn)一步降低油耗的潛力有限，為滿足降低油耗的要求，為此有別于傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的新型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)是其中的典型代表。

間冷回?zé)峒夹g(shù)

圖1所示為間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)（IRA）原理圖，空氣經(jīng)增壓級(jí)壓縮后，應(yīng)用間冷器有效降低了高壓壓氣機(jī)進(jìn)口溫度，減小了高壓壓氣機(jī)耗功，同時(shí)增大了回?zé)崞髦锌諝夂腿細(xì)獾臏夭?，提高了回?zé)崞鲹Q熱效率。高壓壓氣機(jī)出口氣流與低壓渦輪出口氣流通過回?zé)崞鬟M(jìn)行熱交換，有效利用了渦輪出口燃?xì)庥酂?，增加了燃燒室進(jìn)口的空氣總溫，在渦輪前溫度不變的前提下減少了燃燒室供油量，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，降低了耗油率，結(jié)合了間冷回?zé)峒夹g(shù)和齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇技術(shù)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)最多可少產(chǎn)生80%的氮氧化物，噪聲可降低35dB，燃料消耗和CO2 排放最多可減少18%。

由于間冷器和回?zé)崞鞯囊?，發(fā)動(dòng)機(jī)的各大部件需要根據(jù)間冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)熱力特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)，間冷回?zé)峒夹g(shù)已在地面燃?xì)廨啓C(jī)裝置中得到了廣泛應(yīng)用，但用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，需要進(jìn)一步解決如下技術(shù)難題：

a）間冷和回?zé)崽匦詫?duì)間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)性能起著決定性的影響，間冷器和回?zé)崞鞯囊肟梢蕴岣甙l(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，但同時(shí)增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量和費(fèi)用，因此需要重點(diǎn)解決低壓降、高效率、緊湊型間冷器和回?zé)崞髟O(shè)計(jì)技術(shù)。

b）為配合氣流進(jìn)入間冷器，間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)的高速低壓轉(zhuǎn)子需要采用“軸流+徑流”的流動(dòng)形式。高速低壓壓氣機(jī)工作在與高壓壓氣機(jī)負(fù)荷相當(dāng)、且雷諾數(shù)相對(duì)較低的不理想跨音速流場條件，同時(shí)由于采用齒輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，幾何流道可能會(huì)受齒輪箱的限制和干擾，增加了低壓壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)難度，為保持工作范圍和部件效率與傳統(tǒng)低壓壓氣機(jī)相當(dāng)或優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，需要突破“軸流+徑流”高速低壓壓氣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。

c）為獲得間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能，要求回?zé)崞骶哂泻軓?qiáng)的換熱冷能，這依賴于足夠高低壓渦輪出口溫度來保證回?zé)崞骼錈岫说臏夭?，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行包線內(nèi)盡可能保持高的高壓渦輪進(jìn)口溫度，需要開發(fā)可變幾何低壓渦輪設(shè)計(jì)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)回?zé)崞餍阅艿某浞职l(fā)揮。

d）與地面或艦船用間冷回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)不同，航空發(fā)動(dòng)機(jī)引入間冷回?zé)峒夹g(shù)不僅對(duì)間冷器和回?zé)崞魈岢隽溯p質(zhì)緊湊要求，同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)布局提出了有別于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，改善發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能，需要解決換熱器（間冷器和回?zé)崞鳎┡c發(fā)動(dòng)機(jī)一體化設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。

上世紀(jì)90年代以來德國MTU公司相繼提出間冷回?zé)嵫h(huán)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)概念，并在歐盟CLEAN和NEWAC計(jì)劃中得到支持。而在艦船燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)用中，間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)推出了裝備于45型驅(qū)逐艦的WR21發(fā)動(dòng)機(jī)。在歐盟提出的高效環(huán)境友好型航空發(fā)動(dòng)機(jī)（簡稱EEFAE）計(jì)劃下，間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)目標(biāo)使得CO2排放降低20%（相比1995年技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)），NOx排放降低80%（相比CAEP/2）。

國內(nèi)在地面和艦船用燃機(jī)動(dòng)力已開展研究并逐步轉(zhuǎn)向工程化應(yīng)用。目前，國內(nèi)還正在開展間冷回?zé)岷娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)先研究工作。

齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇技術(shù)

齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（GTF）（圖2）是在風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)間引入減速齒輪箱，使得風(fēng)扇和低壓轉(zhuǎn)子均處于最優(yōu)轉(zhuǎn)速條件下工作。低壓轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下工作，保證較高效率，以匹配高壓轉(zhuǎn)子的最佳使用速度。同時(shí)，風(fēng)扇在較低的轉(zhuǎn)速下，氣動(dòng)損失和噪聲都較小，從而實(shí)現(xiàn)通過增大發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比，提高發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性。齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比可以提高到10～12，其耗油率較傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低15%～20%。而齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇葉尖速度降低減小了噪聲，其噪聲可以達(dá)到比國際民航組織規(guī)定低20分貝。

齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)由于減速齒輪箱的引入，必然帶來風(fēng)扇直徑的增加，其發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量明顯增加，如果不能很好地解決質(zhì)量問題，齒輪風(fēng)扇難以應(yīng)用；同時(shí)由于減速齒輪箱的引入，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速分開，對(duì)高速低壓壓氣機(jī)和高速低壓渦輪帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)，為此，齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需要突破和解決如下技術(shù)難題。

a）減速齒輪箱的質(zhì)量、可靠性是決定齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，由于減速器采用了大量高速大負(fù)荷齒輪與軸承，其工作條件惡劣、零件數(shù)量多，因此減速齒輪箱需要在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、潤滑、冷卻和齒輪箱撓曲控制方面有所突破，使減速齒輪箱滿足輕質(zhì)、高效和高可靠的設(shè)計(jì)要求。

b）由于齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是分開的，高速低壓壓氣機(jī)需要在比傳統(tǒng)風(fēng)扇更高的轉(zhuǎn)速和馬赫數(shù)下工作，同時(shí)由于齒輪箱的加入，其直徑增大，需要盡可能地減輕其重量，因此高速低壓壓氣機(jī)設(shè)計(jì)面臨氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)完整性兩方面的技術(shù)挑戰(zhàn)，因此需要突破輕質(zhì)、緊湊高速低壓壓氣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。

c）風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速分開會(huì)對(duì)低壓渦輪設(shè)計(jì)起著具有決定性的影響，傳統(tǒng)低壓渦輪高效率得益于適中的亞聲速流動(dòng)馬赫數(shù)，而高速低壓渦輪較高的切線速度導(dǎo)致整個(gè)流道處于跨聲速流動(dòng)狀態(tài)，流道內(nèi)的激波前鋒同附面層相互作用產(chǎn)生損失，降低效率，同時(shí)高切線速度又導(dǎo)致渦輪盤出現(xiàn)高的機(jī)械負(fù)荷，極高的離心負(fù)荷將導(dǎo)致輪轂截面處，葉片的橫截面和厚度較傳統(tǒng)低壓渦輪葉片明顯加大和增厚，增加低壓渦輪的重量，因此在齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制中需要突破高效、輕質(zhì)高速低壓渦輪設(shè)計(jì)技術(shù)。

普惠公司于80年代投資3.5億美元，對(duì)傳動(dòng)風(fēng)扇的減速器進(jìn)行深入研究，并取得相應(yīng)進(jìn)展。2013年6月，美國航空租賃公司和普惠公司已經(jīng)簽訂備忘錄，選定采用GTF技術(shù)的普惠“靜潔動(dòng)力”PW1100G-JM發(fā)動(dòng)機(jī)為其確認(rèn)訂購的30架A320/A321neo飛機(jī)提供動(dòng)力。

目前我國齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)尚處于跟蹤國外技術(shù)發(fā)展，結(jié)合國內(nèi)研究基礎(chǔ)，積極尋求國際合作的階段。根據(jù)我國民航支線飛機(jī)的發(fā)展和越來越注重航空環(huán)境要求的趨勢，齒輪風(fēng)扇傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求一定會(huì)日后凸顯出來。

開式轉(zhuǎn)子技術(shù)

開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)（CROR）也稱槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)或無涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，采用一對(duì)相互反轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，可以設(shè)計(jì)為拉動(dòng)式或推進(jìn)式，與傳統(tǒng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比，開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的顯著特點(diǎn)在于可以獲得超高的涵道比，預(yù)計(jì)最高可以達(dá)到35，由于去掉了發(fā)動(dòng)機(jī)短艙，減小了阻力，以及相互反轉(zhuǎn)的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)可以節(jié)省25%～30%的燃油消耗，污染排放減少可高達(dá)30%。

盡管開式轉(zhuǎn)子存在發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇直徑大，增加發(fā)動(dòng)機(jī)重量，造成安裝困難，甚至改變飛機(jī)構(gòu)型并且噪聲較大等問題，但隨著燃油價(jià)格的不斷上漲和環(huán)境方面要求的不斷提高，開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為是現(xiàn)有唯一能達(dá)到ACARE提出的2020年目標(biāo)。對(duì)于開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)除飛機(jī)增加消音裝置減少噪音外，發(fā)動(dòng)機(jī)本身還面臨如下主要技術(shù)難題需要解決：

a）發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇直徑幾乎達(dá)到目前涵道短艙的2倍，無論采用拉動(dòng)式或推進(jìn)式結(jié)構(gòu)布局，均需采用同飛行器構(gòu)型進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，降低飛行器構(gòu)型對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，達(dá)到改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

b）“拉動(dòng)式”和“推進(jìn)式”開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)槳扇的方式有所不同，“拉動(dòng)式”采用齒輪驅(qū)動(dòng)方式，“推進(jìn)式”也可以采用齒輪驅(qū)動(dòng)方式，采用齒輪驅(qū)動(dòng)槳扇方式必然需要發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)解決高效、輕質(zhì)、高可靠性齒輪箱設(shè)計(jì)技術(shù)，當(dāng)然“推進(jìn)式”開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)也可以采用渦輪不經(jīng)齒輪箱和傳動(dòng)軸直接帶動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)槳扇，但該方式由于槳扇葉尖速度等因素的限制，動(dòng)力渦輪和槳扇均不能在最佳轉(zhuǎn)速工作，從而犧牲效率，因此需要解決動(dòng)力渦輪和槳扇性能優(yōu)匹配設(shè)計(jì)技術(shù)。

上世紀(jì)80年代，PW公司與Allison公司合作發(fā)展過開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，并于1989年在麥道公司的MD-80飛行試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了578-DX驗(yàn)證機(jī)的飛行試驗(yàn)（如圖4所示）。但是，目前世界上只有烏克蘭的D-27發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在安-70軍用運(yùn)輸機(jī)（如圖3所示）上投入了使用。在2000年以來， NASA提出了N+1目標(biāo)，力爭于2015年，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，使開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲降低33%；并且RR、GE、CFM公司等都在按計(jì)劃對(duì)開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行深入研究。201FZeQ8FyaJqleJr3tPlmlVfr0TidblAtocJ4gpzw3qAE=1年6月，歐洲凈潔天空研究計(jì)劃的專家完成了對(duì)在空客A340-600飛行試驗(yàn)臺(tái)一側(cè)安裝對(duì)轉(zhuǎn)開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的可行性研究，這意味著滿足航空公司對(duì)更佳燃油效率需要的工作又向前邁進(jìn)一步。

在開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)僅開展過有限的探索性研究，初步建立了開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)槳扇部件性能計(jì)算模型，評(píng)估其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能的影響。

清潔民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

低排放燃燒技術(shù)

清潔發(fā)動(dòng)機(jī)把降低污染排放作為實(shí)現(xiàn)其清潔的主要技術(shù)手段，燃燒室是航空發(fā)動(dòng)機(jī)排污染排放的直接來源。為了提高民用發(fā)動(dòng)機(jī)的競爭力，實(shí)現(xiàn)低污染的目標(biāo)，各國發(fā)動(dòng)機(jī)研制都投入大量精力和財(cái)力。國際民航組織（ICAO）規(guī)定的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要污染物有CO、NOx、UHC和煙等，其中NOx尤為重要，2010年2月在加拿大蒙特利爾進(jìn)行的ICAO/CAEP/8會(huì)議明確了近期（2015年）NOx將要求污染排放在CAEP/6的基礎(chǔ)上降低50%，遠(yuǎn)期（2020年后）NOx排放要求在CAEP/6基礎(chǔ)上降低70%。為了滿足世界環(huán)境保護(hù)組織日益嚴(yán)苛的要求，同時(shí)也為了人類生存環(huán)境的持續(xù)的發(fā)展，低排放燃燒技術(shù)成為促進(jìn)近年來航空運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ弧?/p>

發(fā)動(dòng)機(jī)排放的污染物主要有NOx、CO、冒煙和UHC等，其中：CO是一種不完全燃燒產(chǎn)物，通常在燃燒室主燃區(qū)內(nèi)由于富油缺乏氧氣而燃燒不充分形成；UHC主要由于燃油中有一部分碳?xì)浠衔镏皇钦舭l(fā)，未參加燃燒反應(yīng)以油珠或油蒸汽形式出現(xiàn)形成UHC；NOx按生成機(jī)理分為熱力型、瞬發(fā)型和燃料型，燃料型主要是由于航空煤油中所含氮引起的，但航空煤油含氮僅為萬分之六左右，燃料型NOx可以忽略不計(jì)，NOx產(chǎn)生的原因主要來自于“熱力” 和“瞬發(fā)”型，前者主要出現(xiàn)在高溫貧油情況，而后者主要是在低溫富油條件下產(chǎn)生；冒煙主要成分為微小煙粒（尺寸在0.01～0.06μm），其主要在高溫主燃區(qū)中局部富油區(qū)內(nèi)生成。

從污染排放產(chǎn)生機(jī)理可以看出，影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室排氣污染的主要因素有：1）主燃區(qū)溫度和當(dāng)量比；2）主燃區(qū)燃燒過程的均勻程度；3）在主燃區(qū)的停留時(shí)間；4） 火焰筒壁面驟熄特性； 5）中間區(qū)的作用等。圖5給出了NOx和CO兩種污染成分與主燃區(qū)當(dāng)量比的關(guān)系，從圖中可以看出：在貧油一側(cè)，主燃區(qū)當(dāng)量比0.6～0.8范圍內(nèi)，NOx和CO的生成很低，在富油一側(cè)，主燃區(qū)當(dāng)量比1.4以上NOx的生成較低，但此時(shí)CO的生成較高，CO可以通過貧油補(bǔ)燃的方法降低，以達(dá)到提高效率的目的。根據(jù)污染排放與主燃區(qū)當(dāng)量比的關(guān)系，降低NOx排放可以通過貧油燃燒和富油燃燒兩種技術(shù)途徑來實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)發(fā)展了三種低污染燃燒技術(shù)（表1），針對(duì)貧油燃燒發(fā)展了貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)（Lean Premixed Prevaporized Combustion，簡稱LPP）和貧油直接混合燃燒技術(shù)（Lean Direct Mixing Combustion，簡稱LDM），針對(duì)富油燃燒發(fā)展了富油燃燒-焠熄-貧油燃燒技術(shù)（Rich burn-Quench-Lean burn，簡稱RQL）。目前看來，貧油燃燒技術(shù)和富油燃燒技術(shù)在低排放燃燒室上均有應(yīng)用，其中貧油燃燒技術(shù)的典型代表為GE公司的TAPS燃燒室和RRD公司的Lean Burn燃燒室，富油燃燒技術(shù)的典型代表為PW公司的TALON燃燒室。

貧油燃燒技術(shù)和富油燃燒技術(shù)目前均都取得了不錯(cuò)的成績，那么未來超低排放燃燒室到底應(yīng)該采用哪種技術(shù)呢？表1分析比較了三種低污染燃燒技術(shù)的特點(diǎn)，從表中可以看出LDM燃燒技術(shù)除了污染排放很低外，可以避免LPP燃燒技術(shù)的回火和自燃問題，同時(shí)也可以避免RQL燃燒技術(shù)的高冒煙和自燃問題，因此LDM燃燒技術(shù)是最有望成為未來超低污染燃燒室的燃燒方式。

國內(nèi)低排放燃燒技術(shù)起步較晚，前期主要在搜集整理國外相關(guān)研究資料的基礎(chǔ)上開展低排放燃燒室的數(shù)值模擬和基礎(chǔ)試驗(yàn)研究，隨著國家啟動(dòng)大飛機(jī)項(xiàng)目，相應(yīng)增加了對(duì)大客動(dòng)力研發(fā)的投入，國內(nèi)各航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究所和高校積極開展了民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)預(yù)先研究，目前在低排放燃燒技術(shù)方面已取得了一定成績。

替代燃料技術(shù)

未來原油的產(chǎn)量可能無法與全球?qū)娇者\(yùn)輸?shù)男枨笸?，并且隨著人們對(duì)環(huán)境問題的日益重視，國際民航組織提出了更為嚴(yán)苛的排放要求，替代燃料應(yīng)運(yùn)而生。從2006年10月，F(xiàn)AA、DOD及其航空和燃料組織，通過建立CAAFI（Commercial Aviation Alternative Fuel Initiative）探索替代燃料的可行性。替代燃料的使用分為三個(gè)階段：近期、中期、遠(yuǎn)期。近期的替代燃料由煤油和合成燃料構(gòu)成，用于現(xiàn)役的和近期的飛機(jī)中；中期階段（未來10～50年），可能將生物和合成燃料用于未來超高效飛機(jī)設(shè)計(jì)中。長期階段（未來50年后），在發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)中，燃料的CO2排放極低甚至為零。

一類替代燃料為合成燃料，其原料主要是煤炭、天然氣和其他碳?xì)浠衔铮ㄟ^Fischer-Tropsch（FT）過程對(duì)原料進(jìn)行合成。其化學(xué)特性和性能與傳統(tǒng)燃料相近，但含微量硫黃和芳香烴，并且其氫/碳比（C/H）較高，這就可能大大減少PM排放和二次排放及少量減少CO2排放。但合成燃料在燃料制備過程中需要消耗能源，雖然排放降低了，但對(duì)于航空公司來說，燃料的本身的價(jià)格需要增加，同時(shí)該類型燃料為不可再生燃料，因此合成燃料技術(shù)的應(yīng)用前景有限。

另一類替代燃料為生物燃料（又稱再生燃料），主要從生物油中獲取。使用生物燃料的全部CO2排放有望比化石燃料減少80%；此外，生物燃料含雜質(zhì)（比如硫）更少，因此二氧化硫和煤煙的排放會(huì)大大減少。第一代生物燃料以糧食作物為原料，主要來源為玉米、小麥和大豆等，由于這種燃料占用耕地太多且對(duì)人類糧食供應(yīng)造成威脅和影響，因此到目前為止，第一代生物燃料也沒能在燃料使用中在占較大份額。目前世界各國著力研究第二代生物燃料，其原料采用生產(chǎn)率更高的植物，如海藻、鹽土植物和高纖維質(zhì)植物，提高了燃料供給能力，同時(shí)解決了第一代生物燃料存在的“與糧爭地”和“與人爭食”的問題。

為爭奪未來市場競爭中掌握更多的行業(yè)話語權(quán)，飛機(jī)制造商在生物燃料開發(fā)技術(shù)大潮中首當(dāng)其沖，2008年至今，多家航空公司與飛機(jī)制造商聯(lián)合開展進(jìn)行了大量的生物燃料飛行試驗(yàn)。在2011 年7 月，德國漢莎航空公司（Deutsche Lufthansa AG）在全球第一個(gè)使用生物燃料的定期航班投入商業(yè)運(yùn)營，南非約翰內(nèi)斯堡機(jī)場已使用替代燃料多年。波音公司預(yù)計(jì)在2015年中期，生物燃料將在航空運(yùn)輸業(yè)重大規(guī)模使用。

我國在國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中制定了煤的清潔高效開發(fā)和液化應(yīng)用，可再生能源低成本規(guī)?；_發(fā)利用以及新能源的開發(fā)利用等發(fā)展規(guī)劃，國內(nèi)企業(yè)以及相關(guān)高校紛紛開展煤變油（CTL）、天然氣液化（GTL）和生物燃料（BTL）等相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。

對(duì)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的思考

近年來，世界航空強(qiáng)國通過發(fā)展綠色航空技術(shù)，以達(dá)到搶占未來航空市場競爭的制高點(diǎn)。中國作為航空運(yùn)輸量世界排名第二的發(fā)展中國家，雖成為航空大國，但與航空強(qiáng)國還有一定的差距，面對(duì)日益嚴(yán)苛的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和要求，針對(duì)綠色航空采用什么樣的態(tài)度和措施是民用航空業(yè)發(fā)展的核心問題。筆者認(rèn)為：

1）堅(jiān)持以自主研究為主、對(duì)外開展專業(yè)化合作相結(jié)合的發(fā)展思路民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)要求滿足極高的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性以及舒適性等方面的要求，從而使民用發(fā)動(dòng)機(jī)更強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)、可靠、長壽命、低噪聲、低排放等技術(shù)指標(biāo)。如果在這些方面不具有很強(qiáng)的競爭力，將難以取得商業(yè)上的成功，這也是航空寡頭搶占民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場的資本。經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)反復(fù)證明，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心技術(shù)是用金錢買不來、用市場換不來的，只能走自主創(chuàng)新之路。只有通過自主技術(shù)預(yù)先研究，提升自主研發(fā)水平，形成真正的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，才能在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場占有一席之地。

國際合作是民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的主要趨勢，我國民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制基礎(chǔ)薄弱，產(chǎn)品屈指可數(shù)。面對(duì)民機(jī)市場的激烈競爭，僅僅依靠自身能力很難打開局面。通過國際合作一方面可以利用國際資源，加快研制進(jìn)度，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，另一方面可借鑒國外在適航取證、開發(fā)市場、經(jīng)營管理和售后服務(wù)方面的成功經(jīng)驗(yàn)。

因此，現(xiàn)階段必須要以民用飛機(jī)的特殊要求作為牽引和指導(dǎo)，在開展自主研究的同時(shí)，注重與國外專業(yè)化公司開展合作，系統(tǒng)開展民用發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)專項(xiàng)研究，形成獨(dú)立而完整的發(fā)展體系，為“綠色、安全”的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和有力保障。

2）制定符合民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制規(guī)律的技術(shù)途徑和實(shí)施方案

首先，需要根據(jù)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊要求，制定長期規(guī)劃并穩(wěn)步實(shí)施。

其次，需要根據(jù)未來民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢，開展民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究，打好基礎(chǔ)，加強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，并以市場需求為向?qū)?，技術(shù)驗(yàn)證為目標(biāo)，發(fā)展成熟的核心機(jī)及驗(yàn)證機(jī)，提升自主研發(fā)水平。

第三針對(duì)民機(jī)市場需求，以國際合作為主，進(jìn)行重點(diǎn)產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品維修，盡快進(jìn)入民機(jī)市場。同時(shí)，在項(xiàng)目的帶動(dòng)下，逐漸建立并完善民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)體系，形成能適應(yīng)市場變化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系。