CFM International推出RISE计划，开发高效环保的未来飞机发动机

为了满足全球航空业减少排放的需求，寻求创新解决方案，可持续发动机革命性创新 (RISE) 技术开发和演示计划背后采取了全员参与的方式。RISE 计划由 GE Aerospace 和 Safran Aircraft Engines 各占一半股份的合资公司 CFM International 于 2021 年推出，旨在推进技术以支持未来的飞机发动机，该发动机的目标是比目前的商用发动机燃油效率提高 20%，碳排放量降低 20%。 

好消息是，RISE 计划继续取得真正的进展，这要归功于全球 2,000 多名 CFM 工程师团队的努力、多个行业合作以及与美国和欧洲公共部门机构的持续研究伙伴关系，CFM 高管在最近由 CFM 赞助的网络研讨会上证实了这一点。

“可持续发展是一项团队运动。只有全行业齐心协力，我们才能跨越终点线，”赛峰航空发动机公司商用发动机工程副总裁 Delphine Dijoud 说道，她与 GE 航空航天公司未来飞行技术总经理 Arjan Hegeman 共同主持了此次网络研讨会。

两位演讲者都重申了他们对开放式风扇技术的信心，认为它是未来的发展方向。“在过去的 50 年里，涵道发动机一直在稳步改进，但它们现在在效率方面已接近极限”，而无涵道发动机结构“在推进效率方面才刚刚开始攀升至新的 S 曲线”，Dijoud 说道。

他们还对 RISE 项目技术所取得的进步感到兴奋。“这确实是我们公司历史上最雄心勃勃的示范项目之一，”Hegeman 说道。“我们需要在 2050 年实现净零排放，RISE 在实现这一里程碑的过程中发挥着非常重要的作用。”

以下是关于 RISE 计划你需要了解的五件事： 

1. 开放式风扇引擎架构已经取得了长足的进步，宝贝。

GE Aerospace 公司在 20 世纪 80 年代开发的实验性 GE36 发动机展示了开放式风扇（又称无管道）发动机结构的优势。虽然该发动机具有两组外露的反向旋转风扇叶片，实现了前所未有的燃油效率，但 GE36 却很重而且噪音很大。快进到现在，一种更简单的设计利用 21 世纪的技术来消除重量和噪音问题，并实现更高的燃油效率。

单级开式风扇发动机是实现比未来最先进的涵道发动机高出五倍以上的涵道比的关键。它还将配备碳纤维复合材料叶片，以减轻重量、提高强度和耐用性。同时，RISE 计划工程师利用超级计算能力在微观层面分析空气动力学，设计出一种风扇，在最大限度地降低噪音的同时最大限度地提高效率。

Hegeman 表示：“计算能力、我们的代码以及 GPU 集群本身确实让我们的团队能够了解详细的空气动力学并优化系统，将其从反向旋转风扇转变为非常简单的单级风扇，满足所有人期望的声学要求。”

 2.先进的紧凑核心技术对于实现RISE计划目标也至关重要。

尽管开放式风扇技术（可以说是 RISE 演示程序最引人注目的功能）将使燃油效率提高两位数，但它本身无法实现 20% 以上的目标。轻型紧凑核心的开发，其中容纳压缩和燃烧模块，正在重新设计，以减小尺寸并优化热效率，并配备先进的冷却系统和可承受极高温度的材料。核心的设计与下一代燃料兼容，包括未混合的可持续航空燃料 (SAF) 和氢气，以及混合动力电力系统，例如 GE 航空航天公司目前正在与 NASA 合作开发的系统。它还使用自适应发动机技术（也称为可变旁通架构）来提高性能，同时确保在飞行的每个阶段都能安全高效地运行。“这项技术可以改变旁通并在需要时（例如在起飞或爬升期间）允许更多的推力需求，并在巡航环境中提供更多的旁通，”Hegeman 说。

RISE 核心技术的验证已于去年完成，现在的测试主要集中在耐久性上，这是一项关键考虑因素，因为更高效的发动机被要求在更高的气压和温度下运行。“早在我们建造实际的演示发动机之前，我们就已经开始对组件和子系统进行耐久性测试，”他解释说，他指的是衡量部件在维护或维修前可以运行多长时间的标准。“这是我们非常重视这些发动机的耐久性和安全性的一个例子。”

3. 进步是实实在在的，而且步伐正在加快。

CFM RISE 项目已完成 250 多项测试，并且步伐还在不断加快，全球范围内的严格测试和研究仍在继续。“这不仅仅发生在 CFM 内部，”Hegeman 说道。“我们与许多机构建立了合作伙伴关系和协作——在美国，我们与 NASA、FAA、能源部建立了合作伙伴关系；在欧洲，我们与 Clean Aviation、ONERA、DLR 等建立了合作伙伴关系。”

2024 年，法国国家航空航天研究中心 ONERA 运营的设施完成了首次 300 多个小时的风洞测试，使用的是五分之一比例的开放式风扇涡轮机模型。在另外两个地点，高压涡轮机 (HPT) 的耐久性测试正在 F110 发动机上进行，累计循环次数超过 2,000 次。接下来，Hegeman 表示，“我们将再次切换到相同数量的循环，但在一个模拟环境中，那里有灰尘吸入，这会让测试更加艰难。”

“我们正在投资设施改进，甚至投资一个全新的设施来支持这项巨大的测试工作，”Dijoud 说。“随着第一批全尺寸演示部件的制造，这一目标每天都在变得越来越真实。”

4. RISE计划正在促进世界对非二氧化碳排放科学的认识。

RISE 计划的工程师和技术人员在努力降低与航空旅行相关的碳排放的同时，也取得了与非二氧化碳排放相关的重要发现，例如一氧化二氮 (NOx) 排放——燃烧过程中产生的气体，会导致空气污染和飞机尾迹的形成。该计划的下一代燃烧技术扩展了最初为 GEnx 发动机开发的组件。GE 航空航天公司最近与 NASA 合作，使用最先进的激光雷达（光检测和测距）技术进行开创性的尾迹分析测试，以生成三维图像，提供有关尾迹形成和行为的信息。

5. 本十年将进行多次地面和飞行测试。

所有系统均保持正常运行，并将在未来几年内开始进行地面和飞行测试。CFM 正与空客合作进行开放式风扇飞行演示，计划于本世纪末进行，并积极与机身制造商合作“通过测试和模拟优化发动机与飞机的集成”，Dijoud 表示。飞行测试对于深入了解真实飞行场景中的发动机性能、安全性、噪音和空气动力学非常重要——这是开发突破性发动机之前的关键一步。

Dijoud 和 Hegeman 都表示对 RISE 计划技术和关键概念充满信心，即开放式风扇技术是未来的发展方向。“RISE 的价值主张是推进系统可实现两位数的燃油效率，”Hegeman 说道。“这意味着您无需对发动机的热部件施加太大的压力和负担即可达到 20% 的效率。管道式发动机永远无法达到 20% 的效率，否则其耐用性将大大降低。”

“我们不断学习、创新，通过每次测试、每次模拟、每次设计调整来突破界限，”Dijoud 说道。“我们将继续探索多种途径，以塑造航空业更加可持续的未来。”