民用航空发动机润滑油

2022年，国际民航市场持续复苏势头，民用航空发动机领域也延续了近年来的高速发展态势。以美国开式转子发动机、齿轮传动发动机、英国超扇发动机和俄罗斯PD-8发动机为代表的各国新型发动机按计划推进研制，并取得重大进展。本年度围绕民航运输业加速碳减排，世界多国政府和企业完成了很多实际工作。针对短期内减排，多型飞机使用100%可持续航空燃料完成首飞测试并通过技术创新加速燃料的商业化进程；针对中远期，英国政府发布氢动力技术路线图，多国企业围绕氢涡轮、氢燃料电池和混合电推进系统开展大量研发与测试工作，民用航空发动机市场正在加速变革。

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新型民用航空发动机研制稳步推进

2022年，多款新型民用航空发动机研制取得重要进展。俄罗斯PD-8和PD-14发动机完成多项关键测试，正在开展相关试飞工作，英国超扇发动机首台验证机完成各系统组装并开展地面测试。与此同时，普惠公司和CFM国际公司的下一代发动机也披露了更多细节，相关开发工作有序进行。

俄罗斯民机涡扇发动机开展多项关键测试

PD-14发动机是俄罗斯自主研制的第一型民用涡扇发动机，用来配装俄国产MC-21客机。10月，俄罗斯第二架配装PD-14发动机的MC-21原型机成功首飞，该机在完成另外两次试飞后抵达莫斯科附近的茹科夫斯基进行试飞认证，最终与12月29日取得型号设计更改认证。随着该发动机快速成熟和俄罗斯对国产替代需求的迅速提高，11月，俄罗斯国家技术集团开始提高PD-14发动机的生产和维修能力，计划在土星发动机公司新建一座发动机生产大楼，主要负责低压压气机部件生产组装，以及高压压气机静子叶片的生产，到2030年达到每年160台发动机产量。同时，土星发动机公司将大幅提升发动机维修保障能力，预计将维修能力提高到每年250台。

PD-8发动机是俄罗斯为实现国产替代，配装SSJ-New支线客机和别-200水陆两栖飞机研发的8吨级涡扇发动机，沿用了部分PD-14发动机技术，预计列装后的需求量为每年100台。

2月，俄罗斯联合发动机公司（UEC）为PD-8发动机开发了一套自动控制系统（ACS），可控制推力和燃油消耗量，计划2023年完成鉴定并获得许可后开始量产。该控制系统完全由国产材料和电子元件组装而成。UEC于1月完成了该系统的微调和台架测试，之后将集成到发动机上进行地面台架测试。同月，UEC成功进行了PD-8发动机核心机的第一阶段认证测试，试验设施由中央航空发动机研究所提供，测试在中央航空发动机研究院的试验台进行，模拟了12千米高度上飞机发动机的典型工作条件，并确认了此前计算的压气机热力学模型。 3月，UEC成功测试了PD-8发动机短舱。5月，UEC完成PD-8发动机首台样机的台架测试。测试数据表明，样机设计方案正确，运行参数满足设计要求。此次测试分多阶段进行，UEC首先完成了PD-8样机自动控制系统调试，随后采用低慢车平稳启动并多次运行PD-8样机，记录了从“慢车”到“全速”等各种模式的基本参数。在俄罗斯航空发动机开发流程中，首台样机台架测试是最为重要的阶段。整个阶段使用了500个传感器进行参数测量，以此评估发动机运行时零部件的热状态、耐久性和抗振性。此外，测试团队还检测了PD-8样机的进排气系统、润滑系统和燃油供给系统。深入分析采集的各种数据，有利于准确评估主要部件、系统的可操作性。 12月，UEC在伊尔-76LL飞行试验台开展PD-8发动机飞行测试，测试将记录发动机转速、压力、温度等主要运行数据，以及其他能够验证结构设计和发动机运行安全所需的参数。测试发动机替换一台原有的D-30KP发动机，安装在机翼下方。之后，PD-8发动机将配装SSJ-New飞机开展飞行测试。

罗罗公司超扇发动机完成总装并开始首台地面测试

超扇发动机是英国罗罗公司开发的一种齿轮传动涡扇发动机，采用全新核心机、多种新材料和可变桨距风扇，风扇直径达3.56米，与第一代遄达发动机（遄达700等）相比，燃油效率可提高25%。

超扇发动机的一个重大创新点是动力齿轮箱（PGB）的使用。

3月，罗罗公司完成超扇发动机的动力齿轮箱测试并将其发往英国进行总装。测试在德国达勒维茨工厂进行，轴承部分采用了丹麦测试系统研发公司专为超扇发动机开发的轴承试验台，该试验台采用了紧凑、灵活和模块化的设计，能够模拟极端操作和环境条件，可快速安装待测部件、支持高精度测量和快速组装，传动转速可达5000转/分以上，扭矩水平可达1500牛·米以上。针对轴承特定位置，该试验台可借助传感器获取多达350个测量数据，包括接近度、负载（通过液压系统施加）、倾斜度和温度等，其收集的大量高精度数据可用于后续分析，有助于加快开发过程，并为罗罗公司新型动力齿轮箱研发的多个阶段提供连续测试。

4月，罗罗公司开始首台超扇发动机验证机UF001的总装工作并已经完成了其零部件系统的组装工作。总装工作分模块进行，采用全新的吊架用以吊装验证机各模块，包括动力齿轮箱、风扇、超大复合材料风扇机匣、中压压气机、中压涡轮、高压压气机以及压气机系统的结构接口等，安装系统直接延伸到发动机的核心机，以便更好地将发动机集成到飞机上，同时发动机也更便于运输和维护。

12月，UF001验证机完成总装，运往英国德比准备进行首次地面测试。地面测试计划使用100%可持续航空燃料，在罗罗公司的80号试车台进行。罗罗公司在UF001验证机中安装2800个传感器用于此次测试，大部分用于热量和叶片尖部数据的收集。同时开展测试的还有一台位于德国的动力齿轮箱（编号DP211），该齿轮箱和集成到验证机上的另一台齿轮箱（编号DP214）测试时间稍微错开，如果任何一台在测试中发现问题，就让另一台重复此前测试过程，从而利用不同的测试系统发现并解决问题。

普惠公司下一代齿轮传动发动机披露技术细节

7月，普惠公司披露了下一代齿轮传动涡扇（GTF）发动机技术细节，并计划于2025年开展验证机测试，2030年前投入市场。

下一代GTF发动机比现有发动机燃油效率至少提高10%，其技术路线主要包括：①增大风扇直径以将涵道比提高至15；②采用效率更高的全动行星齿轮结构以增大齿轮传动比，最低达到4:1；③研究轻质结构技术，包括复合材料风扇叶片及风扇机匣，目前普惠公司GTF发动机采用的是铝钛材料风扇，下一代设计将基于三维编织复合材料。

当前，很多工作已经在进行中。普惠公司的重点工作之一是降低风扇压比，该项工作已经在FAA“持续降低能耗、排放和噪声”（CLEEN）项目的资助下完成了验证。同时，普惠公司还在NASA的资助下，开展小型核心机项目的研究，重点是提高压气机的空气动力学效率及密封性、提高涡轮的冷却能力以及开展燃烧室改进工作。普惠公司还依靠在加利福尼亚州的研发中心开发新型高温陶瓷基复合材料与涂层。

此外，普惠公司还与德国MTU公司合作研究水增强涡扇（WET）发动机，以应用在2035年下一代GTF发动机的改进型别上。该发动机细节于6月披露，核心是增加了一个冷凝器用来收集发动机废气中的水，增加了一个热交换器将水蒸发成蒸汽，注入燃烧室以进一步提高效率并减少燃烧过程中的氮氧化物排放。

CFM国际公司开式转子发动机研发持续推进

2021年6月，CFM国际公司启动了“可持续发动机革命创新”（RISE）项目，将进行一系列颠覆性技术的开发以推进其下一代航空发动机的研发，其核心是研究先进开式转子架构从而将燃料消耗和二氧化碳排放量均降低20%以上。

2022年5月，法国赛峰集团选择美国ANSYS公司的仿真软件承担RISE项目的计算开发工作，主要是改进发动机开放式风扇的结构设计并对发动机进行热力学仿真。ANSYS公司的开发工具具有很高的精确度和求解速度，可大幅缩短开发时间，显著精简仿真工作流程。

7月，空客公司确认将和CFM国际公司开展合作，在2026年之后对开式转子发动机进行飞行测试。飞行测试将选择空客A380飞行台，主要实现以下目标：一是增强对发动机与飞机集成、空气动力学性能和提高推进系统效率等方面的研究；二是验证开式转子发动机的性能优势，如更高的燃油效率与碳减排能力；三是评估声学模型，研究噪声影响范围；四是确保与100%可持续航空燃料兼容。在A380试飞前，CFM国际公司将进行发动机地面试验，并在GE航空的飞行测试运营中心开展前期验证工作。

02

航空氢动力技术研究热度增加

2022年，随着世界各国在零碳航空理念上的进一步达成共识，氢动力技术的发展在多方面提速。英国发布重磅报告，规划了氢动力在近期至中远期的发展路线。同时，世界多国在氢涡轮、氢燃料电池和氢基础技术领域取得了多项突破性进展。

英国发布“零碳飞行”项目系列报告，聚焦氢动力技术发展路线

3月，英国航空航天技术研究所（ATI）在“零碳飞行”（FlyZero）项目研究成果中，得出了“采用绿色液态氢是大型商用飞机实现零碳排放的最有效途径”的结论。

该成果给出了氢能航空可行性报告和13个技术领域的发展路线图，包括氢燃料涡轮发动机及推进器、氢燃料电池、电推进系统、热管理、低温氢燃料系统和储存、空气动力学结构等6项关键技术，以及飞机系统、机场/航线/空域、材料、全生命周期影响、可持续客舱设计、加速设计与验证、制造等7项交叉技术。路线图明确了2050年前各阶段需要发展的技术内容、技术指标及相关使能要素。

ATI报告给出的氢涡轮发动机关键技术指标发展

氢涡轮发动机受到世界主要航空发动机公司重点关注

2月，普惠公司获得美国能源部（DoE）高级研究计划局（ARPA-E）380万美元资金，用于“氢蒸汽喷射间冷涡轮发动机”（HySIITE）项目，该项目将为商业航空开发新型、高效的氢涡轮推进技术，包括低温液态氢与发动机燃料系统的集成技术、燃料喷射前预热技术以及氮氧化物减排技术，计划将氮氧化物的排放减少80%，并将下一代单通道客机的燃料消耗减少35%。项目将燃氢发动机与蒸汽注入-回收系统集成到一起，氢燃烧产生的水蒸气被收集起来，并通过热交换器形成冷凝水，一部分冷凝水蒸发，对进入燃烧室之前的氢燃料进行预热，剩下的液态水进入蒸发器。蒸发后的水蒸气分为两部分，一部分进入燃烧室，另一部分进入低压压气机和高压压气机之间的间冷器。该技术可以最大程度实现焓平衡，减少氮氧化物排放并提高推力。

HySIITE项目发动机工作过程

该项目前两年的研究将侧重于综合系统评估、概念部件设计和部件可行性测试，主要关注几个关键的使能技术，并研究与氢燃烧和蒸汽注入相关的复杂气体动力学和燃烧稳定性问题，同时重点关注蒸发器、冷凝器等部件的设计与集成。

2月，CFM国际公司与空客公司签署协议，联合开发氢涡轮发动机技术，并进行地面和飞行测试。CFM国际公司负责改进GE公司“护照”涡扇发动机的燃烧室、燃料系统和控制系统以适合氢燃料燃烧。该发动机将安装在飞行台后部，以单独对发动机的排放和凝结尾迹进行监测，同时避免其他发动机的干扰。空客公司负责改进A380飞行台，包括储氢罐、燃料基础设施和分配系统，并用高密度液态氢进行前期测试。该飞行台将整个氢测试系统设置为飞机上的一个独立区域，不与任何其他系统进行交互。 11月，罗罗公司联合易捷航空公司成功进行了氢燃料AE2100发动机的首次测试，此次测试是现役航空发动机首次成功在低速下运行氢燃料，达到重要里程碑节点。此次测试是双方H2ZERO计划的一部分，该计划初期将在英国使用氢燃料对AE2100涡桨发动机进行初步地面测试，后期将在美国使用氢燃料对庞巴迪“环球快车”5500和6500公务机的“珍珠”15涡扇发动机开展进一步地面测试与飞行测试，其目标是证明氢燃料可以在2035年左右为中小型飞机提供动力。

氢燃料电池在小型飞机上进行多项测试以提高技术成熟度

目前，氢燃料电池存在能量密度低、使用寿命短和单体输出功率低等问题，未来一段时间的核心发展趋势是以提升电池各部分的技术成熟度为主。

4月，德国H2Fly公司的四座HY4氢电飞机实现首次商业飞行，飞行距离123千米，飞行高度2204米。HY4飞机采用双机身设计，在改装为液氢推进之前，采用气态氢燃料电池推进。在HY4基础上，公司将与德意志飞机公司共同开发氢电动版本的道尼尔328支线涡桨飞机，该项目获得了德国政府3250万美元的资助，预计2025年首飞。

11月，新加坡H3动力公司在一架小型无人驾驶飞机上测试了分布式氢燃料电池推进技术。该飞机采用分布式推进系统，安装在机翼下的模块化短舱中，每个短舱包含储氢装置、燃料电池、电机和螺旋桨。短舱的尺寸和数量可扩展，以支持无人驾驶和有人驾驶的货运和客运飞机的推进需求。该公司正在开发其下一代无人驾驶测试平台，该平台将具有六个独立的推进短舱和快速加氢能力。

12月，美国ZeroAvia公司获得英国民用航空管理局的飞行许可证，将于2023年首飞氢燃料电池原型机ZA600。该原型机针对道尼尔228飞机需求为原型，将后者机翼左侧的TPE331发动机更换为600千瓦的氢电动力原型机，该原型机由英国政府的HyFlyer II项目资助开发，系统还包括氢燃料电池、冷却系统、气态氢储罐以及备用电池，均安装在后机身内。

基础领域的发展支撑航空氢动力向前推进

4月，德国宇航中心（DLR）成功开发出氢燃烧特种测量技术，并在高压燃烧室试验台的真实环境中完成了测试。该技术核心是一种可以观察到燃烧室内部的光学探针，通过该探针，可以观察到燃烧室内的氢火焰结构，从而为工业部门提供更多基础信息，加快氢燃烧室的部件设计进程。

同月，日本多家研究机构联合开发出一系列氢气液化所需的磁冷却合金。该系列合金基于Er（Ho）Co2材料，通过添加不同类型和数量的3D过渡金属元素，可生产出一系列化合物，能抵抗因反复施加磁场和温度波动而引起的劣化。该系列合金可以组合使用，将氢气从77K冷却到20K，用于开发低成本、小尺寸的高性能磁制冷系统。 9月，欧洲在Overleaf项目下加速高性能液氢储罐的开发工作，该项目由“欧洲地平线”计划资助，参与者来自6个欧洲国家共10家企业。该液氢储罐与现有原型机相比，将实现减重50%，其核心技术包括新型功能材料、高性能材料、隔热材料和氢气泄漏传感器等。

同月，欧盟“洁净天空2”计划研制出一种新型氢燃烧室LEAF。该燃烧室以传统燃气轮机的燃烧室为基础并进行重新设计，采用无焰氧化技术，借助高温燃烧产物使空气和燃料充分混合，显著减少氮氧化物和烟尘的排放。项目团队的初步测试显示，LEAF燃烧室的NOx排放大幅减少，符合排放限制。接下来的实验将进一步验证燃烧室在大气、实验室条件下以及在更接近航空发动机实际运行条件下的氮氧化物减排性能。

编辑：黄飞