GE Aerospace和普惠在为下一代窄体客机开发发动机方面采取了不同的路径

今年的巴黎航展将于下周开幕，在航展即将开幕之际，越来越明显的是，两大窄体客机涡扇发动机的主要生产商在开发预计将于 2030 年代上市的下一代飞机发动机方面走上了不同的道路。

空客和波音希望其下一代窄体飞机的燃油效率比现有机型高出25%，这关系重大。部分改进无疑将来自机身设计和其他非发动机方面的改进，但发动机制造商需要承担大部分（甚至大部分）的重量。

空客和波音可能还需要十年才能最终确定其需求，但CFM国际公司及其竞争对手普惠公司（P&W）却没有多少时间可以浪费。他们面临着一个影响深远的抉择：是全力投入研发一款全新的动力装置，还是投资更新和改进传统的涡扇发动机架构。

影响这一决定的当务之急是——持续的维护问题深刻地影响了这一点——未来的发动机不会遭受当今窄体涡扇发动机那样的耐久性问题。

最近几周，普惠公司和通GE AEROSPACE的高管（后者与赛峰飞机发动机公司共同拥有 CFM）在发表讲话时毫不怀疑，他们选择的道路截然不同。

总部位于康涅狄格州的普惠公司（P&W）是RTX旗下的一个部门，该公司坚信，其PW1000G齿轮传动涡扇发动机（GTF）的升级版将更加耐用、高效，是未来窄体飞机的最佳发动机。普惠公司计划为这款发动机配备由先进材料制成的部件，包括陶瓷基复合材料（CMC）。

普惠商用发动机公司总裁里克·德尤鲁（Rick Deurloo）今年5月在公司位于北卡罗来纳州阿什维尔的全新制造工厂表示：“我们GTF发动机的架构将应用于下一代单通道飞机。我们将推出第二代GTF发动机，它将采用复合材料风扇叶片、陶瓷基复合材料（CMC），或许还会采用混合动力电动。”

“这将是一个传统的安装方式，”Deurloo 补充道。

与此同时，总部位于俄亥俄州的GE AEROSPACE已投入大量资源，支持CFM的“可持续发动机革命性创新”（RISE）项目，以开发一款开放式风扇发动机演示样机。CFM表示，该设计比目前的涡扇发动机效率高出20%。

“RISE项目是我们公司迄今为止开展的规模最大的验证机项目，”通用电气未来飞行工程负责人Arjan Hegeman几周前表示。他在公司位于奥尔巴尼附近的大型研究中心发表了讲话。该中心在GE AEROSPACE的历史中根深蒂固，长期以来一直作为技术开发中心。

GE AEROSPACE的高管拒绝透露他们是否正在通过开发未来的传统涡扇发动机来规避风险。但他们坚称，他们在RISE项目中开发的技术将适用于其他动力装置设计。

最终哪条道路——传统道路、创新道路，或两者兼而有之——胜出，很大程度上取决于空客、波音以及其他飞机制造商的偏好。最终决定可能还需要数年时间，尽管飞机制造商也参与了发动机问题。

空客将协助CFM进行RISE开放式风扇验证机的飞行测试工作。空客推进系统集成高级副总裁弗兰克·哈泽尔巴赫(Frank Haselbach)今年3月表示，如果开放式转子设计成功，“它将非常非常强大”，并将成为未来所有推进系统方案中“潜力最大的”。

一些波音公司的高管也对开放式风扇结构表示了兴趣，波音公司正在帮助GE AEROSPACE飞行测试混合动力电动演示机，这是更大规模的 RISE 计划的一部分。

然而，波音商用飞机公司前首席执行官斯坦·迪尔在2023年表示怀疑，CFM能否真正利用RISE发动机将效率提高20%。一些分析师还质疑，空客，尤其是近期深陷质量问题泥潭的波音，是否会接受像开放式风扇发动机这样的新型发动机所带来的风险。

相反的道路

在最近参观GE AEROSPACE纽约研究中心期间，高管们强调了公司研究部门的实力，包括其先进的复合材料技术，并表示这些能力使其能够确保开放式风扇的成功。

与此同时，普惠公司表示有信心，由于当前一代涡扇发动机的耐久性问题仍在困扰着飞机制造商和运营商，他们将不会支持尚未在航空运营中得到证实的技术和设计。

普惠公司的GTF发动机为巴西航空工业公司的E-Jet E2和A220飞机提供动力，也是A320neo系列的两款发动机之一。GTF发动机尤其受到可靠性问题的影响。由于金属粉末的制造问题导致发动机金属部件出现缺陷，引发了全球范围内的GTF召回。因此，航空公司已停飞数百架飞机进行早期检查和更换部件。

CFM的竞争对手Leap发动机也遭遇了耐久性问题，尽管影响不如Leap发动机严重，但包括在高温多尘环境下运行相关的问题。GE AEROSPACE对此做出了回应，重新设计了涡轮叶片和燃油喷嘴等部件。Leap发动机是737 Max的唯一动力发动机，也是A320neo的第二套发动机选择。

许多航空航天分析师认为，无论是Leap发动机还是GTF发动机，都永远不会像它们所取代的发动机那样可靠。为了提高燃油效率，制造商设计的新发动机比老款发动机运行温度更高、压力更大——专家表示，这些条件可能会导致部件磨损更快。

GE AEROSPACE和普惠公司坚称他们正在解决这些问题。

普惠公司的 Deurloo 表示：“我们已经吸取了教训，我们正在确保我们拥有稳定的、可供我们借鉴的配置。”

高管们指出，普惠公司在阿什维尔的新制造基地证明了其致力于提高现有和未来发动机的耐用性，并致力于解决供应链问题。

该公司已承诺在占地111,500平方米（12​​0万平方英尺）的阿什维尔工厂投资近10亿美元，其中包括2.85亿美元用于正在建设的“先进铸造厂”项目，预计将于2028年投入使用。阿什维尔工厂为A320neo的PW1100G发动机和A220的PW1500G发动机生产高压涡轮叶片和轮叶。这些叶片和轮叶采用高镍合金制成，并涂有陶瓷涂层以提高耐用性。

普惠公司工厂经理丹·菲尔德 (Dan Field) 表示，该工厂于 2022 年 11 月投入运营，体现了公司致力于提升质量和精简供应链的承诺。该供应链由中西部的供应商将铸件运送至普惠公司，然后普惠公司再用卡车将铸件在康涅狄格州、纽约州和宾夕法尼亚州的制造基地之间“来回”运输，运输过程总里程约为 2500 英里。

“这使得价值流变得非常复杂，难以管理，而且并非特别精益，”菲尔德说。“这座工厂的愿景是将所有操作都集中在一栋建筑内”，锭材从一端进入，成品部件从另一端输出。

菲尔德表示，将所有工作集中在阿什维尔的同一屋檐下，可以更好地让普惠公司监控生产和质量，并指出公司采用先进的数字跟踪技术，数据可以“来回流动，从车间发生的情况到……产品的设计方式以及它在发动机中的性能”。

他补充说，该工厂正在提高产量，并为公司将继续运营的其他供应系统提供“补充产能”。

“我们正在全力提升产能，”菲尔德说。“今年我们的产量约为20万辆。我们计划在未来几年内生产约30万辆，产能充足。”

普惠需要这些产能来支持GTF发动机的加速生产，并应对此次召回事件。此次召回事件导致替换部件需求激增，给本已紧张的生产系统带来了更大的压力。“目前我们面临的最大挑战……是（飞机停飞）的情况，”普惠的德尤鲁说道。

他指出，普惠公司的应对措施是提高维护能力，2025 年第一季度的维护能力同比增长了 35%。普惠公司还坚称其复苏计划正在按计划进行。

“我们预测和预估的所有后果……实际上可能比我们预期的还要好一些。我们看到车队管理计划的一切都在顺利实施，”德鲁洛说。

注重耐用性

发动机问题造成了极大的破坏。但普惠公司表示，针对这些问题进行的产品改进将有利于其未来涡扇发动机的研发。

改进措施包括今年启动的一项计划，该计划要求普惠公司在维护巡检期间为GTF发动机配备改进的热端部件。与原本“最佳”的GTF发动机配置相比，此次更新将发动机的维护间隔延长了40%；换句话说，与过去几年交付的发动机配置相比，这些发动机的耐用性已经超过了八九年前交付给捷蓝航空和精神航空等客户的GTF发动机，Deurloo表示。由于GTF发动机的耐用性不足，这些航空公司曾遭受过严重的运营中断。

“我们首先将其纳入 MRO……我们专注于飞行舰队，为他们提供帮助，”Deurloo 补充道。

另外，今年 2 月，美国联邦航空管理局 (FAA) 批准了普惠公司的首个 PW1100G 重大升级产品——GTF Advantage。

“目前我们是唯一一家拥有新一代发动机的公司，即 Advantage，”Deurloo 说道。

Advantage 发动机的推力增加了 4-8%（从而增加了航程或有效载荷），而且 Deurloo 表示，由于额外的冷却和使用了“双壁叶片”等部件以及其他“全寿命部件”，与上一代 GTF 发动机上不太耐用的部件相比，“机翼上的时间更长”。

“我们将配备最先进的热段。新的冷却孔。新的涂层，”RTX首席执行官克里斯·卡利奥在5月28日补充道。“额外的冷却空气通过发动机——这就是我们能够通过打开[低压压缩机]来获得额外推力的方法。”

Deurloo 表示，额外的冷却将对燃油效率产生“最小”的负面影响，但耐用性的提高使得 Advantage 成为“不二之选”。

“这款发动机……就燃油效率而言，堪称一流，”他说。“如果能回到过去，降低一点燃油消耗……让它的耐用性再提升一点，世界上没有哪个客户会不愿意买。”

德鲁洛表示，普惠公司最近在玻利维亚拉巴斯完成了GTF Advantage发动机的高空测试。“飞行测试项目一切进展顺利……我们对这款发动机的运行效果感到非常满意。”

该公司计划今年开始向空客交付 GTF Advantage 发动机，并于 2026 年让这些动力装置在新型 A320neo 系列喷气式飞机上投入使用。该公司计划最初以相对较慢的速度生产 Advantage 发动机（大概每月六到八台），同时还生产基准 GTF 发动机，直到 2028 年上半年完全转向 Advantage 发动机的生产。“我们希望确保我们的生产系统与交付系统保持一致，”Deurloo 表示。

普惠公司还推出了一项维护计划，将Advantage发动机专用的热段部件安装到现役的PW1100G发动机中，目标是明年完成升级。“我们将把Advantage发动机上的热段部件拆下来，直接安装到基础发动机上，包括燃烧室和面板，”Deurloo说道。

Calio 补充道：“大约 30 到 35 个零件就能带来约 90% 的耐用性提升。”

高管们表示，这种渐进式改进将会持续下去，普惠公司还将专注于开发复合材料部件，包括陶瓷基复合材料 (CMC)，这些部件将应用于未来的 GTF 型号。

“如果（飞机制造商）最早在2035年启动这样的项目……那么我们将在GTF架构上拥有3亿小时的飞行时间，”德鲁洛说。“我们会积累越来越多的经验，并将其运用到第二代GTF上。”

“我认为这是一个风险低得多的方案，”他补充道。“我们有一个很好的路线图，可以让我们达到我们认为极具竞争力的目标，而且我认为我们的风险会非常低。”

GE AEROSPACE跨越“死亡之谷”

GE AEROSPACE的高管们对此有不同的看法，他们强调公司在突破技术障碍、将创新设计推向市场方面的历史。

GE AEROSPACE研究部高级执行董事乔·文西奎拉 (Joe Vinciquerra) 表示：“GE AEROSPACE……已经找到了战胜所谓‘死亡谷’的方法。”

“死亡之谷”指的是技术演示和早期规模生产之间的产品开发阶段。跨越所谓的死亡之谷是出了名的困难。

“从（演示）到真正实现产品并实现全面工业化，存在着巨大的差距，”文西奎拉说道。“我们……花了大量时间与学术界、政府、科技机构、国家实验室和其他合作伙伴合作，真正孵化和催生新的想法。”

高管们指出，该研究中心拥有约30个实验室，占地32,500平方米，是GE AEROSPACE技术实力的象征。约1,000名员工（其中包括750名研究人员）在此工作，专注于开发先进材料、制造技术以及航空、热力、机械、数字和电气系统。该中心的历史可以追溯到通用电气早期在电视和无线电广播等尖端技术领域的探索。

最近，该研究中心的工作人员协助开发了3D打印部件，例如Leap涡扇发动机的燃油喷嘴，以及发动机热段使用的CMC部件。这些CMC部件包括Leap一级罩环和GE9X罩环、一级和二级喷嘴以及内外衬套。

CMC 由碳化硅纤维材料制成，某些部件每平方英寸含有近 150 万根纤维，并涂有氮化硼，有助于保持完整性。

它们“重量极轻……密度仅为镍基超级合金的三分之一……而且它们可以在未冷却的情况下运行得更热，这在效率方面是一个巨大的突破”，Vinciquerra 说。

GE表示，涡轮风扇发动机热段部件通常由镍基合金制成，当温度超过约1,093°C（2,000°F）时，其强度就会迅速下降。而陶瓷基复合材料（CMC）部件虽然在较低温度下的强度不如镍合金，但在较高温度下（最高可达约1,343°C）仍能保持更高的强度，这使得工程师能够设计出运行温度更高的发动机，从而提高热效率，进而提高燃油经济性。

GE AEROSPACE研究中心的工作人员还帮助开发了该公司宽体飞机发动机中的复合风扇叶片。

GE AEROSPACE几十年前就开始研发此类叶片，并于20世纪80年代将其安装在其自主研发并进行飞行测试（包括727和MD-80）的GE36开放式风扇验证机上。该项目最终未能生产出真正的量产发动机，但GE AEROSPACE在20世纪90年代中期，将复合材料风扇叶片应用于为777飞机提供动力的GE90发动机，使其达到了黄金时代。随后，GE AEROSPACE又为787和747-8飞机提供动力的GEnx发动机，以及其最新、迄今为止功率最大的商用涡扇发动机——777X的GE9X发动机——配备了复合材料叶片。该公司表示，掌握以高产量生产复合材料叶片的“艺术与科学”是其面临的最大挑战之一。

高管们表示，这些技术以及其他技术（包括混合动力电力系统）将增强GE AEROSPACE与赛峰集团在 CRM 的 RISE 计划下开发可行的开放式风扇演示机的能力，该发动机制造商于 2021 年启动了该计划。他们表示，开放式风扇比 CFM 的 Leap 更安静，效率高 20%。

寄予厚望；仍是示威者

RISE 目前尚未正式上市销售。但公司高管表示有信心，并表示GE AEROSPACE和赛峰集团的重要分析表明该项目将取得成功。

开放式风扇发动机有望显著提高燃油效率，因为它允许工程师增加风扇尺寸，从而提高涵道比（效率的关键），同时又不会像传统涡扇发动机那样因管道和其他结构而增加重量和阻力。由于这些因素，开发风扇尺寸明显更大的传统涡扇发动机并不切实际。

GE AEROSPACE在 20 世纪 80 年代推出的示范机配备了两个反向旋转的风扇，但事实证明，它过于复杂且噪音过大，而且由于燃料价格下跌，该项目失去了动力，从未取得过任何进展。

GE AEROSPACE的赫格曼表示：“开放式风扇本身仍存在一些问题，需要几十年时间才能解决。”但该动力装置“证明了复合材料叶片的有效性”。

RISE验证机受益于GE过去在材料、声学、计算机模拟和电气系统领域的经验和技术发展。该验证机将配备一个位于导流叶片前方的单风扇，其叶片采用变距复合材料。CFM还将为其配备一个包含陶瓷基复合材料（CMC）部件的“紧凑核心”，其燃烧温度和压力将高于传统涡扇核心。

预计在RISE开放式风扇发动机的某些飞行阶段，将由兆瓦级混合动力电力系统为其提供动力。为此，GE AEROSPACE目前正在与美国国家航空航天局（NASA）合作，使用Passport涡扇发动机开发一款混合动力电力演示机。该公司计划在波音公司的协助下，在萨博340B涡桨飞机上对该混合动力系统进行试飞。与此同时，赛峰集团已对一架缩比开放式风扇发动机原型机进行了风洞试验。

赛峰集团首席执行官奥利维尔·安德里斯 (Olivier Andries) 表示，如果 RISE 演示器过渡到全面开发计划，则投入生产的总成本将约为 100 亿欧元（114 亿美元），由GE AEROSPACE和赛峰集团分摊。

“这不是一个单一的……演示器，”赫格曼谈到这个项目时说。“它包含许多[技术]，它们相互叠加，最终积累成这个开放式扇形架构。”

根据时间表，CFM国际公司将与空客合作，于本世纪末使用A380飞机对验证机进行飞行测试。预计该项目的开发工作将于2030年代完成，届时空客和波音公司将开发各自的下一代窄体飞机。

GE AEROSPACE的 Vinciquerra 表示，纽约研究中心约有三分之一的员工专注于 RISE 项目。

耐久性中心舞台

GE AEROSPACE已基本完成RISE组件级测试，并于近期完成了“涡轮技术测试”，这证实了“我们的模型是正确的，硬件正在实现我们想要的效果”，Hegeman说道。“之后，我们进行了3000次耐久循环。我们从未在任何项目中如此早期进行过如此高水平的耐久测试。”

“接下来，我们开始测试……发动机的很大一部分，”他补充道。

Hegeman表示，GE的研究人员和工程师们对开放式风扇的耐久性及其有效性的验证同样重视。“对发动机耐久性及其对客户整体产品价值的影响的全面理解和重视，如今已经根植于整个研发周期。”

GE AEROSPACE首席技术官穆罕默德·阿里表示，如果通用电气没有花费数十年时间开发复合风扇叶片等技术，RISE 的 20% 效率目标是不可能实现的。

“每一代产品都建立在前一代产品的基础上，融入新的知识，增添更多创新，而这一切的奇迹都始于研究中心，”他说道。“这让我们对燃油效率提升20%充满信心，可靠性和耐用性也达到了甚至超越客户的预期。”