赛峰专利申请文件透露了下一代RISE发动机的潜在细节

赛峰飞机发动机公司（Safran Aircraft Engines）近期提交的一系列专利申请，或许揭示了其与GE AEROSPACE在 CFM 国际合资公司框架下联合研发的 RISE 开式转子发动机所考虑的部分创新方向。

这些专利文件中重点提及的创新包括：带有锯齿轮廓、用于降噪的涡流回收叶片；可 “切碎” 外来物碎片的防护叶片；以及一套 “经过优化” 的风扇系统 —— 该系统在风扇与低压转子之间配备了一个减速齿轮箱。

此外，另一项专利申请虽表面上涵盖了整个无涵道风扇发动机，但其中包含了关于涡流回收叶片（也称为静子叶片）尺寸和轮廓的详细（尽管范围较广）规格 —— 这些叶片位于风扇后方。

专利申请指出，这些叶片对开式转子发动机的性能至关重要，因为它们既能 “理顺” 来自风扇的气流以产生推力，又能通过 “回收螺旋桨下游的旋转气流”，帮助减少这两个部件组合带来的整体气动损失。

申请中补充道，若没有涡流回收叶片，“这种旋转气流将导致显著的气动损失，进而造成推力大幅下降，最终降低推进系统的效率”。

专利还提到，涡流回收叶片的数量应少于风扇叶片的数量，它们还能通过调整气流，适配发动机周围安装的其他部件（如吊架），“以确保已安装推进系统的可操作性和性能”。

这一点可根据静子叶片的位置，通过 “不同的几何形状” 来实现。

此外，叶片的形状对于减少风扇气流及其叶尖涡流与涡流回收系统相互作用产生的噪音至关重要。

专利申请称，平直叶片或前缘过薄的叶片被认为存在特别大的问题。

另一项专利申请的主要目标是降噪，该申请提出在静子叶片的前缘采用锯齿状轮廓。

申请中提到，连续排列的叶片之间的相互作用会 “产生噪音排放”，而开式转子设计由于没有涵道，“使得这些噪音能直接扩散到环境中”。

但专利声称，若静子叶片的前缘采用锯齿状轮廓（至少应有 3 个齿，其中一个应倾斜），将有助于减少产生的噪音并降低气动损失。

申请中补充道：“在叶片尖端附近，采用更多倾斜的齿（因此前缘后掠角更明显），可以更好地消除与（风扇叶片）叶尖涡流相互作用产生的负面影响 —— 而这些影响在该区域最为显著。”

尽管专利申请附带的插图还显示风扇叶片的后缘也有锯齿状轮廓，但专利权利要求本身并未提及这一设计。

如果说噪音是开式转子设计需要关注的一个问题，那么外来物碎片（FOD）的吸入则是另一个问题。其中一份专利申请指出，这种发动机类型 “最容易受到” 这一危险的影响。

该申请提出，在风扇后方、涡流回收叶片前方安装一组叶片。

这些叶片会随风扇一同旋转，产生 “离心效应”，能够 “切割或切碎任何异物（如冰块或挥发性物质）”，从而减小可能被吸入发动机核心的物质尺寸。

叶片的旋转还会 “通过离心力将异物径向向外推，使其远离主流道入口”。

申请中补充道，这种叶片配置还有一个额外好处，即 “可以影响从转子叶片流出的气流，提高涡轮机械的性能”。

“特别是，叶片轮廓与转子叶片桨距相结合，能够实现相当于可变循环的效果。”

尽管 RISE 设计目前官方仍仅作为一款演示验证机，但它被大力吹捧为下一代窄体飞机的推进系统解决方案 —— 与当前最先进的发动机相比，其燃油消耗有望降低 20% 以上。

与 CFM 以往的产品（如 CFM56 和 Leap 发动机）一样，赛峰飞机发动机公司负责 RISE 的低压系统和风扇系统，而通用电气则负责高压系统。

虽然专利申请并不能保证某项技术或系统最终会应用到现役产品上，但它们确实让人们得以一窥企业认为哪些技术进步可能具有潜力。

有趣的是，尽管 CFM 一直坚称，RISE 的大部分燃油消耗降低将通过开式转子设计带来的推进效率提升以及核心机热效率的改善来实现，但赛峰的多项专利申请都提到了使用减速齿轮，以将风扇的转速与低压转子的转速解耦。

事实上，在一份题为《包含优化风扇系统的航空推进系统》的文件中，申请指出，使用减速齿轮是实现下一代发动机所需高涵道比的关键手段。

所提出的优化风扇设计就包含了这样一种减速机构，并被描述为适用于涵道式和无涵道式两种场景。

申请中提到：“这种解耦降低了风扇转子的转速和压比，增加了低压涡轮提取的功率”，从而提高了整个系统的推进效率。