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航空海洋

减少航空油耗与污染 奇异「桨扇式发动机」再次重生

来源:中国时报2023-06-21 11:18582

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称为CFM Rise的桨扇式发动机计划,它具有0.8马赫的飞行速度,而燃油效率提升20%。(图/Airbus)

面对油价再次高涨,以及降低碳排的考验,航空业也必须全盘检讨现有的碳排放问题,现在的航空发动机都太消耗燃油,碳排放也太高了。这使得40年前曾被放弃的一种技术再次复活,也就是介于涡轮喷射与螺旋桨动力之间的「桨扇式发动机」(Propfan),它的外型相当独特,如同涡轮风扇被装到引擎罩之外。

新阿特拉斯(New Altas)报导,桨扇发动机也称无导管风扇(Unducted fans,UDFs),或是开放式转扇发动机(open rotor engines),于1970年代首次被提出,它们看起来有点奇怪,前部有光滑的机舱和进气口,后部却有两组旋转风向相反的涡轮风扇在转动。

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这是因为当时国际上遇到第二次石油危机,油价居高不下,立即反应在航空业,于是这种航速高于螺旋桨动力,却有相同省油效果的航空发动机就被提出。

世界最大的航空发动机制造商奇异公司(General Electric,GE)就在1980年代提出了GE36桨扇发动机,能够推动客机以0.84马赫的速度巡航,与一般的涡扇发动机速度相同,但是却有30%的省油效率。原本波音公司也计划将727客机安装上GE36,改名为波音7J7。

然而在几年之后,因为海湾战争的后续影响,美国与阿拉伯联盟大致和解,石油输出国组织(OPEC)顺势解除石油禁运,燃油价格一夕之间暴跌,GE36的省油优势看不出经济效率,设计因此被搁置了40年。

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奇异公司在30多年前就提出GE36桨扇式发动机,却因油价回跌而研发停止。(图/General Electric)

但是,现在这个时候,我们再次遇到战争、油价波动,另外又增加了环境减碳的国际共识,这使得桨扇式发动机再次被提出。美国奇异公司与法国赛峰集团合资成立的CFM国际公司,在2021年提出了Rise发动机计划,可以视为GE36的重生。

与GE36把桨扇安装在后半段不同,Rise发动机的桨扇安装在前方开口处,但原理是相同的。

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GE公司表示,虽然近期燃油价格基本回稳,但是航空业仍然面临着降低碳排,甚至净零碳排的挑战。与车辆、船舶可以改成电池动力不同,航空飞行仍然很大程度仰赖碳基燃料,因此如何增进航空油耗效率就变得至关重要。

目前,CFM已经在地面上进行了大约400次测试,与此同时,GE也一直在进行计算机仿真,并且借用了美国能源部橡树岭国家实验室的「前沿」(Frontier)超级电脑,用于分析大型桨扇在高速转动时相互作用和效率。

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