客运喷气发动机是否达到技术极限

时间:2019-11-13 12:51:43|来源:

Trent 1000客运喷气发动机中的高压涡轮叶片必须承受的温度远远高于制造它们的镍合金的熔点。对于发动机的英国制造商罗尔斯·罗伊斯控股公司来说,这是一个严峻的技术挑战,这与试图阻止爆炸后的冰块在厨房烤箱中融化具有可比性。该公司工程师发现的解决方案是将冷空气吹过刀片上的小孔。不幸的是,这种聪明的方法遇到了一些意想不到的问题。

最近几个月,由英国航空公司,挪威航空航天飞机,维珍航空等运营的波音787飞机已经停飞进行检查和维修,因为T达1000发动机叶片的降解速度比预期的要快。随着对发动机的要求越来越高,这种问题在行业中变得越来越普遍。

处理这些事情的费用也在增加。上周,罗尔斯·罗伊斯(Rolls-Royce)估算解决各种rent达1000问题的成本为24亿英镑(31亿美元),这是负债累累的制造商无法承受的现金流出。

发动机故障

在过去的一个世纪中,很少有发明能比喷气发动机做得更多。它们使人们旅行得更快,更远,而且非常安全。像去年西南航空公司的一次航班的涡轮机故障造成的乘客死亡事故很少见。由于开发成本高昂并且使用了创新的新材料,最新的“动力装置”(使用发动机的行业名称)相对安静且节省燃料。

然而,这些创新使该技术更接近其技术极限,并且可靠性问题也逐渐涌入。“通过推动推力和效率的极限,系统中其他地方的情况开始出现问题,” Agency Partners的尼克·坎宁安(Nick Cunningham)说。令人担忧的是,公司面临着建立更高效的推进系统以抑制碳排放的压力。

罗尔斯·罗伊斯公司的问题似乎最为严重,大约40架由其发动机提供动力的787停了下来,但这是一个全行业的问题。航空公司被迫降落飞机并调整飞行时间表,因此不得不租赁更换飞机并告知发动机制造商支付赔偿。

9月,阿联酋航空的老板蒂姆·克拉克(Tim Clark)表示,制造商交付的飞机没有达到承诺的水平。“请让我们从第一天开始就可以使用的机身和发动机。如果你做不到,那就不要生产它们。”

科学定律不是测试发动机制造商的唯一方法。空中客车公司(Airbus SE)和波音公司(Boeing Co.)已迅速将数架新型喷气式客机推向市场,其动力装置供应商不得不迅速提高产量。新兴市场提出了许多新需求,在这些新兴市场,尘土飞扬或污染的空气会给发动机带来更多压力。

去年,由于普惠公司为空中客车最畅销飞机A320neo配备的齿轮涡轮风扇(GTF)造成的发动机故障,使空中客车的生产陷入混乱。最近,由于通用电气引擎部件过早磨损,波音777x宽体飞机的发射被推迟到明年。

发动机错过了苛刻的生产目标是一回事,而一旦发动机投入使用,发动机就会失败。“发动机制造商一直遇到棘手的问题,但是在过去的40年中,我从未见过像他们最近遇到的技术问题清单这样的事,” JLS Consulting主管John Strickland说。

本月,印度威胁要对国内航母Indigo运营的数十架空客A230neo喷气式飞机进行地面攻击,除非1月底之前更换普拉特发动机。该警告之前发生了几起发动机在飞行中关闭的事件。

汉莎航空公司的子公司瑞士航空公司于10月将其空中客车A220机队暂时停飞,以便在一系列动力装置故障(上周从法国一片森林中搜出的一次此类事故造成的残骸)后对普拉特发动机进行检查。从那时起,加拿大监管机构命令同一架飞机在指定高度以上不能全功率运行。

花旗银行(Citi Research)调查的大约70%的航空公司和出租人表示,发动机问题引起的停飞是一个关键问题。一些公司正在寻找混合型车队,以减少一种发动机停飞的风险。尽管这是审慎的做法,但它比使用单一类型的设备贵。

发动机制造商面临的风险是可靠性问题使他们失去了市场份额。劳斯莱斯(Rolls-Royce)套件出现问题后,新西兰航空公司(Air New Zealand)今年早些时候将787喷气发动机的订单转给了GE。Indigo与GE / Safran发动机合资企业下了200亿美元的订单,而不是从Pratt购买(Pratt声称这一决定与价格有关)。

问题并未影响所有新技术。到目前为止,劳斯莱斯用于空中客车A350的XWB动力装置已被证明是可靠的。普拉特GTF的核心齿轮创新似乎也按计划进行。减轻了负担,因为开发成本约为100亿美元。

但是,除了航空公司的航班时刻表以及制造商的自豪感和获利能力之外,还有更多的问题要害。与汽车业一样,航空航天业也正在为划时代的努力而努力,以抑制碳排放。航空业占温室气体排放量的2%-3%,但未来几年飞机的交付量将抵消发动机效率的提高。罗兰·贝格(Roland Berger)的一项研究发现,到2050年,航空业的份额可能上升到10%至25%。

与汽车制造商不同,航空公司缺乏可行的技术替代方案。生物燃料具有潜力,但全电动大型商用飞机可能还有数十年的路程

发动机制造商正在研究更高效的喷气发动机设计。罗尔斯·罗伊斯(Rolls-Royce)称,其Ultrafan技术与第一代of达发动机相比,可将燃油消耗量提高25%。从行星的角度来看,将这些创新快速推向市场是必不可少的,但急于发展可能会适得其反。“我的感觉是,至少欧洲的舆论发展速度比该技术快,” Vertical Research Partners的Rob Stallard说。

坎宁安甚至不那么乐观。他说:“在政治动力趋向于更大程度的脱碳的那一刻,燃气轮机已经用完了。喷气发动机不可能从这里得到更好的发展。”

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