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民用航空技术的7大发展趋势

已有 769 次阅读  2015-06-30 17:14   标签技术 
当前,从全球来看,民用航空业正处在最佳时期,运输机及公务机增长正在创新记录,直升机需求量也猛增,美国的一些航空公司重新赢利,即将调整其机队。

  在这种情况下,正酝酿着新的变革,这种变革涉及材料、信息及其他一些技术进展,也包含运营、市场及组织管理上的创新。归纳起来,有7大发展趋势。如何正确认识、预期以及作好迎接这些趋势的准备工作,将影响整个行业各环节--制造商、供应商、维修商未来成败的命运。

  一、绿色航空发动机

  近年在提高油效、降低污染物排放方面虽已获得显著成绩,但近年油价翻番,约占航空公司运营成本1/5以上,因此燃油效率已成为下一代窄体客机推出的关键因素,而绿色航空发动机成功与否有赖于将运营成本改善20%以上。

  更直接的原因是对污染物排放削减的要求以及全球气候的变化。2006年可以看做是民众对航空环保最关切的一年,至少在欧洲是这样。虽然航空运输的二氧化碳排放少于全球的3%,但它的增长很快,到2050年将增到15%。

  虽然有消息说,用现行技术就可在10年内将每座的平均耗油量减少20%,但同一期间空中旅行的需求估计会增加60%,这个耗油量的削减显然是不够的。保持现有燃油带来的污染排放水平而不在技术上加以改进,将限制发动机工业的年增长率为1.5%,因此发动机制造商必须进行设计上的创新。有三种方案可供选择。

  一种是渐改性的,即依靠在现有发动机中采用先进的气动力学、燃烧室、电子控制以及非排气式的附件,同时采用新材料及涂层来提高工作温度及压比。这种方法的风险低,但可能不能及时取得所希望的效益。

  二是采用齿轮传动风扇,可省油12%,降噪31dB,这种方法的原理并不新,霍尼韦尔公司已生产1万多个齿轮传动风扇,如TFE731系列,但仍存在设计上的难点,包括散热、复杂性以及维修成本高等。

  三是应用桨扇或无涵道风扇。通用电气公司在上世纪80年代末,就在MD-80上装上GE36UDF,油耗降低30%。但无涵道风扇技术,设计上也有突出的难题,即振动、叶片包容环以及飞机机体的安装,即使这些问题都解决了,环保条例仍要在污染物排放及噪声上求得平衡。

  何种方案更胜一筹?发动机制造商及其供应商正在进行方案评估。由于在今后10年看好下一代窄体客机,采用何种方案将决定发动机制造公司的成败。

  二、复合材料飞机

  航空结构也将发生变革,将在几十年内从全金属结构转向基本上是复合材料的结构。复合材料用量多的新一代飞机将加速其市场价值的增长。复合材料一直是所希望的但昂贵的飞机材料,由于生产成本的降低以及高油价的推动,它已进入了技术成熟期。曾经一度作为先进的设计方案现在则变成高附加值的方案。在上世纪80年代A320和波音777上,复合材料还只是占结构重量的10%~15%,目前的波音787已上升到50%,A350XWB起初还想用铝锂合金,也改成全复合材料机身了。传统上比较保守的公务机也有类似的变化。

  航空发动机也不甘落后,GEnx发动机将采用680kg以上即占发动机总重13%的复合材料,是首创采用复合材料的GE90发动机的2倍。航空复合材料市场到2016年将翻一番,20年内将再翻一番。

  三、电子功能

  另一技术发展趋势是在技术可行经济合理的场合,用电子功能系统代替液压、气动及机械系统,如气动起动机逐渐让位给电气起动机。

  全电飞机仍有一定距离才能实现,但多电飞机已取得大的进展。A380上的多电飞行控制器可以让3条液压管路中的一条用一系列电气流体静压驱动器代替从而减重450kg,而且余下的液压管路可增压到30MPa从而又另外减重450kg。波音787可望将电子功能程度提高到一个崭新的水平,在大型民机中首创数字电气刹车技术,用电马达及阀门对外部空气进行增压的环控系统而不采用从发动机引气,采用电子防冰系统代替气动式系统。

  这些飞机机上发电功率远高于以前的飞机,787将发电1400kVA,几乎是A380的2倍,767的5倍。

  更高的电子功能程度意味着配电更重要和更复杂。在最近代的飞机上,配电管理系统具有"轴和轮"结构,可以取消上千米的电线,用固体电源控制器来管理飞机系统的电负荷。

  四、诊断及状态监控管理

  新兴的诊断及健康监控管理(PHM)系统可望改变依靠猜测、直觉及试凑来进行航空维修的传统。更重要的是将使维修更有主动性而不是反应性,其实际结果是提高飞机的可用性。

  PHM与现代维修能力的区别在于后者主要是源自80年代末的中央维修计算机的诞生,重点放在诊断找出故障;而PHM系统则可预测故障(诊断),然后确定适当的措施来提高安全性、限制停用时间,使维修成本最佳化。

  新一代的飞机已经并将要采用PHM系统。例如A340-500用48台计算机监控13000个参数,远比上一代飞机多得多。

  在民用飞机中,发动机制造商早已领先状态监控及健康管理服务。今天,过半数的运输机的发动机队在状态监控中。通用电气公司监控9000多台航行中的发动机,罗-罗公司更推广到它的发动机之外。新一代的高信息量的全权数字控制器,配以改进的传感器和算法可望将发动机的PHM推向更高的水平。飞机维修专业http://faa.fmcollege.com
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