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发动机制造商在忙什么

作者:jnscsh   时间:2021-07-04 08:44:01   浏览次数:

伴随着新型号发动机陆续装配飞机和飞机交付量的逐年提升,2017年全球民用航空发动机市场将继续保持良好的“钱景”。各大厂商在现金流充裕的情况下,将大量资金投入下一代产品的研发中,这使得民用航空发动机产业进入快速发展的轨道。

研发加速

从2012年至今,伴随着波音、空客两大飞机制造商不断刷新产能和飞机交付量,商用发动机制造领域一直维持着欣欣向荣的景象。2017年,一些正在研制中的新飞机将要迈入首飞、取证和交付的重要节点。作为飞机制造商最为亲密的合作伙伴,发动机制造商也将十分忙碌。

如果要将2017年商用发动机市场将要发生的几件大事进行排序的话,那么当今尺寸和推力最大的GE90发动机的首飞毫无疑问将被排在首位。今年,GE90将安装在747-400飞机上进行首飞,正式进入测试飞行阶段。

GE90发动机的风扇尺寸达134英寸,是迄今为止商用航空发动机领域生产过的尺寸最大的一款发动机,GE90的生产对于老牌发动机制造商GE公司来说也是一个前所未有的挑战。根据计划,GE将在2017年第三季度开始对这款发动机进行飞行测试,随后将在2018年~2019年间对这款发动机是否可以用于777X进行评估。

今年,波音公司将作出决定,是否为777X家族再新增一名成员,即研制机身尺寸更长的777-10X。如果波音最终决定推出这一机型的话,作为波音的战略合作伙伴,GE公司将提前为这款飞机准备好推力在10万磅左右的GE9X发动机。为此,首台用于飞行测试的GE9X发动机将在今年4月装机首飞,这是GE公司8台测试发动机中的第一台。如果进展顺利,GE9X发动机将在2018年左右完成适航取证,比波音777X系列飞机推出的时间要早1年左右。

另一个发动机制造商罗罗公司今年也有不少看点。遄达XWB-97发动机已于2016年11月在A350-1000飞机上开始进行飞行测试。2017年下半年,这款新产品将随空客A350-1000一起投入商业运营。与GE9X随时为波音777-10X待命相似,作为空客的战略合作伙伴,罗罗也随时为空客有可能会推出的A350-2000提供动力选择。由于遄达XWB-97是已经用于空客A350-900飞机上的遄达XWB-84的衍生产品,因此未来罗罗可能根据空客的需求,在遄达XWB-97的基础上再推出一款推力更大的发动机。

今年计划用于787-10的遄达1000-Ten發动机将在波音南加州的查尔斯顿工厂完成首飞测试。作为在遄达1000发动机基础上,经过多方面改进之后推出的第三代衍生产品,遄达1000-Ten发动机将成为未来787-10首飞时的备选发动机。

罗罗公司遄达1000-Ten发动机项目于2012年启动,当时是专门为波音加长版的787-10飞机量身定制的一款产品。目前,这款发动机已经成为787全系列飞机的可选发动机。由于波音787飞机并没有像其他新一代宽体客机一样,只采用一款发动机,遄达1000-Ten发动机将不可避免地与GE公司的GEnx-1B发动机展开正面竞争。

在波音787系列飞机的现有订单中,GEnx-1B的市场占有率具有一定的优势。为了保持这一优势,GE在不断对GEnx-1B进行升级和改进。目前,改进主要体现在陶瓷基复合材料的应用上,GE正在GE9X发动机上对这种材料的性能进行系统测试。GE公司表示,GEnx-1B发动机将比现役发动机降低2%的油耗。波音已经决定在第二架787-10测试机上安装这款发动机,以验证产品的性能。

今年,罗罗公司的另一个工作重点就是推进遄达7000的研制,以确保空客A330neo的研制进度。根据空客公司的规划,2017年上半年搭载遄达7000的A330neo将要完成首飞。今年年底,遄达7000发动机将随首架A330-900neo交付葡萄牙航空,投入商业运营。据罗罗公司透露,作为遄达1000-Ten发动机的衍生产品,遄达7000相比遄达700可降低10%的油耗,噪音也比现役产品降低10分贝。

产能提升

2017年,窄体客机动力市场的两个大赢家CFM国际公司和普惠公司将继续快马加鞭地推进发动机的总装进度,以满足飞机制造商的需求。

CFM国际公司的LEAP系列发动机有LEAP-1A/1B/1C三个型号,分别为A320neo、737MAX和C919提供动力。2016年,LEAP-1A发动机已经随着首架A320neo交付用户,装配LEAP-1B发动机的737MAX完成了首飞,装配LEAP-1C发动机的C919则将在今年完成首飞。

2016年,CFM国际公司原计划交付100台LEAP系列发动机,但由于多方面原因,最终只交付了50台LEAP-1A发动机和少量的LEAP-1B发动机。今年开始,CFM国际公司将全面提高产能,预计全年交付量为500台,2018年为1100台,2019年为1900台。从2020年开始,LEAP系列发动机的产能将稳定在年产2000台左右。发动机产能的快速提升对于制造商来说无疑是极大的挑战。

为此,CFM国际公司制订了周密的计划。未来,赛峰集团旗下的斯奈克玛公司将负责总装全部的LEAP-1A发动机、一部分LEAP-1B发动机和50%的LEAP-1C发动机,GE则集中力量进行LEAP-1B的总装及50%的LEAP-1C的总装。

如此分配主要考虑到CFM国际公司是一家50/50的平股合资公司,合资双方希望能够分配到同等的工作量。当前,LEAP-1A和普惠PW1100G在A320neo的动力市场上基本平分秋色,而LEAP-1B则是737MAX的唯一动力装置。C919虽然还在研制中,但其现有订单已经达到570架,将来的需求十分可观。

虽然这样分配的确是平衡了合资双方的工作量,但也有一个潜在的难题。此前,斯奈克玛公司主要负责生产CFM国际公司所有发动机的风扇、风扇罩壳、配套齿轮箱和低压壓气机,GE航空集团则负责制造所有发动机的核心机模块。双方的分工按上述计划调整以后,未来斯奈克玛公司必须把一部分发动机风扇和压气机运往美国,GE也要将一部分核心机运到欧洲,这意味着LEAP系列发动机的大量部件将在大西洋穿梭。从这个角度来看,上述调整计划能否顺利执行将是2017年值得关注的重点。

对于普惠公司来说,面临的挑战更加严峻,因为其发动机产品要满足5家制造商的不同要求。

首先,为了配合A320neo的提产计划,普惠必须加快PW1100G发动机的生产速度。2016年,由于投入运营初期遇到一些问题,普惠未能完成其原计划年产150台发动机的目标。2017年,普惠将产能设定在350台~400台之间,其中大部分将交付空客。此外,由于2016年两款C系列飞机已经交付客户,获得不错的市场反馈,庞巴迪也希望普惠能够加快PW1500G发动机的交付。

普惠公司为GTF发动机未来几年的产量制订了如下计划:2018年~2020年间,GTF发动机的交付量将达到第一个高峰,预计将交付1200~1500台。

为了加速生产,普惠公司投入15亿美元新建3条GTF发动机生产线。其中两条生产线分别位于美国康涅狄格州米德尔顿和佛罗里达州西棕榈滩,主要生产用于A320neo的PW1100G发动机,另一条生产线在加拿大魁北克省的米拉贝尔,专为庞巴迪C系列飞机生产PW1500G发动机。同时,普惠公司还打破传统的发动机生产流程,开始尝试全新的水平组装技术。公司在美国康涅狄格州米德尔顿制造工厂和佛罗里达州西棕榈滩工厂建立了全新的顶吊式自动水平组装生产线。

在考虑产能提升的同时,配合巴航工业、伊尔库特、三菱飞机公司进行新飞机的研发工作也将牵扯普惠不小的精力。

根据巴航工业的规划,4架E190-E2飞机将被用于飞行测试,紧随其后的是另一款装配PW1900G发动机的衍生机型E195-E2。2架E195-E2也将加入飞行试验的队伍,从而保证飞机能够在2019年投入运营。另外,普惠还要如期交付6台用于3架E175-E2飞机的PW1700G发动机,以确保飞机在2021年左右投入运营。

俄罗斯伊尔库特公司装配PW1400G发动机的MS-21飞机近期完成了发动机首次点火,目前普惠正在为其第二架飞机总装发动机。已经装配在4架MRJ90试验机上的PW1200G发动机仍处于适航取证阶段。由于三菱飞机公司对发动机性能提出新的要求,双方今年将对PW1200G发动机再进行一些改进,从而使其具备更好的性能。

谋篇布局

新的一年,为了巩固各自的市场份额,发动机制造商还要继续推进下一代航空发动机的研发工作,为未来的发展谋篇布局。

罗罗公司下一代民用发动机的研制已经取得了实质性进展。在英国布里斯托工厂一款名为“Advance 3”的验证机即将完成总装,很快将进行首次点火试车。这意味着自20世纪60年代推出RB211奠定了大型涡扇发动机研制基础以来,罗罗在民用航空发动机领域又向前迈出一大步。

在Advance项目中,罗罗计划用全新研发的增压比超过60的高压核心机打造下一代涡扇发动机。预计将在2020年左右投入市场的Advance发动机的涵道比将超过11,与现有的遄达700发动机相比,燃油效率至少可提高20%。

在Advance项目的基础上,罗罗继续研发UltraFan项目,以进一步巩固在宽体客机发动机市场的竞争优势。UltraFan将在Advance核心机的基础上,进一步改进中压涡轮设计,通过齿轮系统来驱动风扇。

UltraFan验证机设计方案预计将在今年年底冻结。罗罗公司目前的主要任务是开展动力齿轮箱、下一代低速风扇和钛铝合金中压涡轮的性能测试。罗罗公司预计,2025年左右投入市场的UltraFan发动机在采用齿轮驱动可变桨距风扇后,其总增压比达到70,涵道比有望达到15,燃油效率将比遄达700提高25%。

值得一提的是,如果波音中型飞机如业界预测在2025年左右投入运营的话,那么Advance和UltraFan都可以作为这款新飞机的可选动力装置。

另一个值得关注的现象则是发动机制造商开始越来越多地关注涡桨发动机这一新战场。 2016年,GE公司宣布正式启动2000马力级先进涡桨发动机项目(ATP)。

早在2008年,GE就已经开始着眼布局涡桨发动机市场,收购了历史悠久的沃特飞机发动机公司。随后,GE又耗资3.5亿欧元在捷克新建了一个涡桨发动机工厂。

在此之前,加普惠公司长期占据全球涡桨发动机约90%的市场份额,其传奇的PT-6发动机的交付量已经超过5万台。鉴于近年来涡桨发动机市场前景良好,凭借强大的技术储备和雄厚实力,GE希望能够将在大型发动机上成功应用的技术推广到小型发动机也是顺理成章的。

目前,GE已经将GE90和 GEnx发动机上的一些先进技术应用于ATP项目中,未来还会把大数据等先进技术应用在这款发动机上。根据规划,GE的ATP项目将会在2017年完成详细设计。

对此,加普惠公司也不会坐等GE吞噬它的市场份额。借助于母公司联合技术公司(UTC)的支持,尤其是先进的齿轮传动发动机技术,GE想要在短期内撼动加普惠的市场地位也绝非易事。

从这个角度来看,过去这些年,在大型客机市场,发动机制造商的不断竞争和进步,使得商用飞机的效率不断提高。未来,涡桨发动机市场的新一轮竞争或许将帮助小型飞机性能实现质的飞跃。

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