赛峰集团加大研发投入，瞄准2050年航空业净零排放目标

随着航空业着眼于到 2050 年实现净零排放的宏伟目标，赛峰集团面临的挑战和重点领域在许多方面都是整个航空航天业所面临的挑战和重点领域的缩影。

这家法国航空巨头的产品范围涵盖从商用、军用和直升机发动机到起落架等各个领域，在脱碳方面有多个领域需要关注。

但是，开发适用于现有和下一代飞机的新材料、新工艺和新设计的成本并不低：去年，赛峰集团在研究和技术 (R&T) 活动上花费了近 6 亿欧元（6.65 亿美元），这一数字将在 2024 年上升。

上半年，自筹资金的 R&T 费用为 3.33 亿欧元，而 2023 年同期为 2.62 亿欧元。

负责管理这项工作的是赛峰集团首席技术官埃里克·达尔比斯。

他估计，公司“四分之三以上”的研发预算都用于脱碳主题：“这是我们的重大举措之一”，他说。

当然，迄今为止“大部分”支出都用于支持 CFM 国际与 GE 航空航天合资公司开发的 RISE 商用发动机演示计划。

达尔比斯表示，尽管 RISE 开扇发动机是最受关注的项目，它承诺比目前的高涵道比涡扇发动机节省约 20% 的燃油消耗和排放量，但它绝不是唯一的一个。

例如，赛峰集团致力于“尽一切可能减少质量”，通过应用先进材料和新制造技术。

对于前者，虽然轻质耐热的陶瓷基复合材料（CMC）很快在发动机热部件中找到了用武之地，但赛峰集团也在研究使用相关材料聚合物基复合材料（PMC）来减轻重量。

Dalbies 表示，尽管 PMC 不适合高温应用（该材料设计最高温度约为 300°C (572°F)），但它仍然是“结构件的真正替代品”，包括发动机上的风扇或压缩机外壳等。

此外，赛峰集团还在研究使用该材料替代金属部件，例如刹车杆或起落架支架。

“这些都是巨大的部件…… 如果我们使用复合材料代替不锈钢或钛合金，那么起落架结构将受益匪浅； 可以节省很多重量，”他说。

他说，对于一个支架来说，可以节省大约 20 公斤（44 磅）或更多，而每个制动杆可以节省大约 10 公斤。

当然，如果每架飞机有两套主起落架，那么节省的重量就会成倍增加。

这些部件的技术成熟度 (TRL) 约为 4 或 5，但由于认证要求，需要获得机身客户的认可才能投入使用。

但新部件的接受度取决于一系列标准，包括成本、耐用性和可维护性。

达尔比斯说：“我们正在向飞机制造商推介一系列改进飞机的主题和想法，并且根据他们的接受程度和与飞机优化的相关性…… 有时需要数年时间才能获得他们的认可。

”改变材料本身“是一种方法”，但对于赛峰集团来说，另一种减轻重量的方法是转向先进的生产技术，如增材层制造或 3D 打印。

在去年的巴黎航展上，赛峰集团展示了用于起落架的 3D 打印液压控制装置，其重量约为 10 公斤，而原来的铸造部件重 18 公斤。

由于认证要求简化，新工艺和新材料的推广已经开始，最初是在公司的国防业务中。

例如，在为达索航空阵风战斗机提供动力的 M88 发动机上，赛峰集团采用了发动机轴承支架，该部件通常由“100 多个零件”组成，并“通过增材制造将其变成一个零件”。

他说，该部件“已投入使用”，而其他“不那么重要”的部件（例如支架）也在民用飞机上服役。

达尔比斯小心翼翼地避免重复 CFM 高管对 RISE 进展的评论，但他指出，新材料和制造工艺或混合动力技术的开发将为效率提升带来额外的百分点。

虽然开放式风扇架构本身“带来了燃料消耗的最大减少”，但通过结合混合动力以及能够减轻质量和提高温度运行的材料，“您将在相同功率下降低燃料消耗”。

此外，达尔比斯说，对于下一代发动机来说，与机身的集成将比以往任何时候都更加重要。

达尔比斯说：“不能想当然地认为，仅仅因为拥有发动机的独立性能，就能将其转化为飞机层面的一对一性能提升。

”“除了新的发动机架构外，氢推进多年来一直被吹捧为航空实现净零排放的途径，无论是作为直接燃烧的燃料还是用于燃料电池发电。

达尔比斯有着赛峰集团航天推进业务的背景，因此他比大多数人更了解氢能的优势，以及它在航空领域应用的诸多障碍。

虽然他称氢能是一个“非常有趣的话题”，但他警告称，“该技术的成熟度”明显低于颠覆性发动机设计。

“目前，我们正接近 TRL5，并计划在 2028 年或 2029 年达到 TRL6。

现在，如果我看看氢能，我们目前处于什么位置？ 可能是 TRL2。

对于 [氢] 空间推进，我们处于 TRL9，但对于要在飞机上实施的关键技术，我们处于 TRL2，最高 3，”他说。

因此，他认为需要一个略有不同的“技术计划”：“我们必须考虑氢技术中的哪些阻碍点需要首先处理，然后才能考虑继续推进。

”他说，让氢气燃烧不是问题。

“关键是控制质量流速、控制泄漏密封性、收集泄漏； 我们知道会有泄漏，因为分子很小。

”“太空业务的设计原则是，你不必确保密封性——这是不可行的——相反，你必须确保以正确的方式收集和移除它们。

”达尔比斯表示，氢脆（某些材料暴露在自然环境中时会变弱）是另一个需要进一步关注的挑战，他指出，这一问题在环境温度下尤其严重，“而这正是我们在飞机发动机入口处提供的氢气”。

“即使它已被研究用于航空航天推进领域的一些特定用途，但它仍然是一个新的研究领域。

“因此，在赛峰层面，我们决定制定一个结构化计划，同时考虑到我们目前处于 TRL2 而不是 TRL5 的事实。

”尽管氢气的市场潜力规模尚不明确，但赛峰集团仍在继续对该主题进行研究。

达尔比斯表示：“我们知道，如果我们不为此做好技术准备，那么即使这项技术在市场上占有一席之地，我们也永远没有机会参与其中。”