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访普惠公司技术与环境副总裁艾伦•艾伯斯坦博士
来源:中国民航网2017-10-13 13:25:00

谁将是未来航空业可持续发展的动力来源?

--访普惠公司技术与环境副总裁艾伦o艾伯斯坦博士

《中国民航报》、中国民航网 记者程婕 报道:还是在空客A320neo研发期间,当全新的静洁动力齿轮传动式(简称“GTF”)涡扇发动机被装载到A320neo飞机上并启动测试时,来自发动机供应商普惠公司的工程师曾这样向空客的试飞员“抱怨”过:“噪音太多了,我们在普惠设计的时候是听不到这些噪音的。”试飞员的回复很有意思:“那是因为你们的发动机太安静了,以至于我们能听到之前从没听到过的飞机上的各种噪音。”

艾伦·艾伯斯坦博士

这是前不久专程从美国赶来参与北京航展发动机论坛的艾伦•艾伯斯坦博士向记者分享的一个小故事,作为普惠公司技术与环境副总裁,他带领他的团队一路“呵护”GTF发动机“成长”为一款改变业界游戏规则的产品——提高16%的燃油效率,降低75%的噪音,同时减少50%的气体排放。

这款花费了普惠公司20年时间、投入了100多亿美元研发的全新发动机,被《时代周刊》评为“2011年最伟大的50项发明”。如今,它应用于五款飞机平台,其中空客A320neo和庞巴迪C系列飞机已经投入商用。

创新是航空业与生俱来的基因。当第一代GTF发动机已经开始服役,第二代、第三代GTF已经在路上了。艾伦•艾伯斯坦透露,齿轮传动式涡扇发动机仍有巨大的发展潜力,它代表着未来发动机的技术趋势。“我们正在为新一代的GTF研究更先进的HPC、燃烧室以及新的材料。这样的全新技术至少会有5项-10项”。

当谈及电力、太阳能等新的能源方式开始成为未来航空业增效减排的可能选项时,艾伦•艾伯斯坦笃定地表示,这些新的能源在短时间内有着难以克服的技术瓶颈,在未来30年内,绿色航空业的动力将来源于采用可持续性替代燃料的齿轮传动式涡扇发动机。

未来将继续提高产能

普惠GTF发动机有3个不同风扇直径尺寸的产品线。第一个是30000磅推力、81寸风扇直径的产品型号,用于空客A320neo和俄罗斯伊尔库特MC21飞机上;第二个是24000推力、73寸风扇直径的产品型号,用于庞巴迪C系列和巴航工业E2-190/195飞机上;第三个是17000磅推力、56寸风扇直径的产品型号,用于日本三菱MRJ和巴航工业E2-190/195飞机上。

据艾伦•艾伯斯坦告诉记者,目前GTF发动机共获得了来自超过全球80多个客户的8000多份订单,包括可选订单及未宣布订单。目前,约有92架飞机已经交付给了16家用户。整个机队已累计飞行了共35万小时。在中国,南方航空、香港快运航空、四川航空和天津航空都已经接收了由普惠GTF发动机提供动力的A320neo。

值得一提的是,据航空公司的反馈, GTF发动机燃油效率的提升要高于普惠承诺的16%。“尽管现在的油价并不是特别高,如果按照现有油价水平计算,这也意味着一架由齿轮传动式涡扇发动机提供动力的飞机,每年能够为航空公司节省大约100万美元的燃油费用。”艾伦•艾伯斯坦说。

一款全新发动机问世的最初几年常常受到产能不足的困扰。艾伦•艾伯斯坦也坦承,到目前为止,GTF发动机面临的最大挑战就是如何提高产能,增加发动机交付速度。“我们计划每年将产量翻一番,今年的目标是交付350台—400台。普惠在加拿大、美国和欧洲的生产线都在建设和使用当中,亚洲的生产线也将很快开始产出”。

宽体机应用不存在技术障碍

作为一款带来全新技术变革的发动机产品,以五个全新的单通道飞机平台作为打开市场的突破口,应该说GTF发动机已经拥有了一个不错的开始。当然,普惠的野心不止于此。艾伦•艾伯斯坦告诉记者,GTF发动机应用于宽体机并没有任何技术上的顾虑和障碍。“最初选择单通道飞机只是出于业务上的考虑,因为这样最容易盈利”。

“加大推力其实更容易。不论客户需要4万磅推力还是8万磅推力,我们都可以达到。普惠建设的齿轮测试装置是可以为空客A380这样的超大机型的发动机使用的。”而艾伦•艾伯斯坦要强调的是,不论多大的推力,普惠将来制造的一定是GTF发动机。

事实上,自GTF发动机问世以来,多款宽体机的制造商也就发动机的选择与普惠进行过洽谈,但这其中不包括眼下业界最关注的中俄远程宽体客机CR929。在北京航展的发动机论坛上,来自中国商飞的高层明确表示,对于CR929发动机的选择,他们将着眼于现有的发动机型号。而普惠的GTF发动机目前并没有合适其推力的型号。

此外,艾伦•艾伯斯坦表达了对波音正在研发的“中间市场”机型的兴趣。他表示,如果这款机型将在2025年进入市场,那么普惠提供的发动机将基于已有和正在研发的技术。“我们已经有比这一代GTF发动机技术更先进的技术可用了,但是对我来说,我更看重的是在2040年时,我们在技术研发上有怎样的进展”。

新能源与燃气涡轮之争

据了解,今天商用飞机的燃油效率比20世纪60年代的产品高出大约70%,而在降低噪音和减少温室气体排放方面的成果更为显著。这其中,来自发动机的技术进步功不可没。以噪音为例,大约60年前的波音707飞机在启动时,地面上能够听到的噪音范围是350平方公里,而如今,这个数字是24平方公里。“这很大程度上得益于齿轮传动涡扇发动机的使用,未来,更先进的技术令它还有更大的潜力可以进一步地降低噪音”。

尽管如此,如何进一步减少航空业对环境的影响仍然是当下航空领域面临的最大挑战。在经济因素的驱动和航空业可持续发展的大背景下,未来发动机的技术趋势究竟是什么?如今,已有颇多关于电动推进领域的研发、投资以及成果涌现,但艾伦•艾伯斯坦表示,短期内电动推进在减少航空业环境足迹方面将很难扮演重大角色。

“事实上,一架大飞机需要2000台电动汽车的动力才能起飞,而要从北京飞到纽约,则需要10万辆电动汽车的动力。显然这样的电池并不存在,即便将整架飞机装满电池,飞机还是飞不起来。”艾伦•艾伯斯坦进一步解释道,电力并非低能耗能源,发电也会释放二氧化碳。与联合国预测的2040年由发电产生的二氧化碳量相比,如今最先进的燃气涡轮发动机的排放量甚至还低于前者25%。“从这个角度看,即使有人发明了可用的电池,我们也不会选择用电力驱动飞机以减少二氧化碳排放,缓解全球变暖”。

与此同时,艾伦•艾伯斯坦肯定了用于燃气涡轮发动机的可持续性替代燃料的作用。尽管成本高昂,但如果将生物质转化为飞机燃料,可以减少约80%的二氧化碳排放。因此,他坚定地表示:“我不知道未来的飞机长什么样,但我知道至少在未来30年内,将会有越来越多的飞机将安装采用了可持续性替代燃料的齿轮传动式涡扇发动机。”

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中国在航空发动机研制道路上的必备要素和原则(艾伦•艾伯斯坦)

作为中国“两机”专项的实施主体,中国航空发动机集团已成立一年有余,如果说在中国航空发动机研制的道路上有什么建议?我想从三个方面回答这个问题。

第一,人的因素。中国需要全球顶尖的工程师来设计和制造飞机发动机。中国最好的大学正在输送这一领域的人才。在很多国际会议场合,我们能看到中国学者展示他们优秀的研究成果。。

第二,技术因素。但我目前并不清楚中国在发动机研制领域拥有什么样的技术。

第三,组织因素。中国需要同等重要的三个组织。一是发动机制造商,即中国航空发动机集团。二是供应链,因为一家企业无法生产所有的部件或者拥有所有的专业技术。三是适航主管当局。我认为大家都低估了一个在技术方面充分自信的航空业主管部门的重要作用,大家也许并未意识到,美国和欧洲监管当局的实力和经验所带来的优势。

此外,作为发动机制造商,有几大原则必须坚持。首先是以质量为原则,这是生产所有航空产品的基础。例如用于制造发动机的钛金属的强度有差异。而你使用的强度最差的钛决定了飞机的质量。因此我们甚至会关注钛是从世界上哪个钛矿中炼出的,这对安全和业绩都至关重要。因为发动机的使用寿命取决于性能最差的那台,而不是最好的。

质量原则必须贯穿至供应链的最底层。这不仅包括发动机制造商的产品质量,还包括它每一级供应商的产品质量,甚至包括提炼金属的工人。你需要完备的记录,并需要时时强调落实。

原则之二是合作,或者说容错度。研制和生产发动机存在很多挑战——每天在世界上的某个地方都会发生奇怪的故障,为此,会有上百个工程师负责研究确认这些奇怪的故障是否安全。因此,在工作层与适航主管当局保持开放的合作与沟通极其重要。犯错是难免的,这毕竟是上千名工程师制造出来的十分复杂的高科技产品。

不能错误一发生就责备员工,而要把错误当成可以汲取经验的教训。因为一旦开始指责员工,他们便不再会开诚布公,你就得不到制造世界一流产品所需要的信息。所有资深人士都是由不断犯错的新人成长起来的。

对于发动机制造商来说,产品的安全性排在第一位,员工的福祉排在第二位,而排在第三位才是公司的成功。我们有一个完全独立的安全机构,就是为了检验和确认产品是否安全,我们是否做到了万无一失。不会有人因为提出了管理层不喜欢的意见而受罚。自公司成立之日起,这种文化便深深扎根。

因此,在中国发动机制造商不断壮大的道路上,需要政府给予足够的资金支持,招揽优秀的人才,同时,需要容忍小错误。毫无疑问,我认为,中国将成为全球第三个有能力生产世界一流民用飞机发动机的国家。

责任编辑:linchenglong
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