民用航空动力的未来——再访高歌教授

北京航空航天大学航空动力学院高歌教授在未来航空动力的发展方向上一向以独立的思考、前瞻的视角和勇于创新而著名。本刊曾于2年前对高歌教授进行过专访（见2005年第12期）。在中国商用飞机公司公布了我国大飞机的座级之后,本刊记者再访高歌,请他就国产大型民用发动机的未来发展谈谈他的看法。     

新能源电动飞机发展与挑战

发展绿色航空是人类社会形成的基本共识,新能源电动飞机为实现彻底的绿色航空提供了一条光明的技术途径。简述了航空对环境的影响、电在飞机上的应用及电动飞机的发展历程,对新能源电动飞机的能源分类、电推进系统及其总体效率进行了研究,重点针对载人轻型运动飞机,分析了电动飞机的发展现状、特征以及能源需求,通过对电池作为能源的载人电动飞机的航程和极限航程研究,提出了电池能量密度提升和性能改进、高升阻比空气动力设计、低成本轻质高效复合材料结构设计与制造、高效率电推进系统设计与集成等电动飞机发展面临的挑战,给出了应大力发展电动飞机的建议和本领域未来的研究方向。     

航空动力技术发展展望

归纳总结了航空动力技术现状及当前技术前沿热点,分析未来需求,对先进动力技术的发展趋势进行了综合分析,并对我国航空发动机未来的发展方向进行了展望。     

关于氢能航空动力发展的认识与思考

近年来,在全球碳减排目标的驱动下,各国对发展氢能航空的热情空前高涨,在氢能飞机和氢能动力领域加速布局研究计划。通过研究国内外氢能飞机及动力发展历程和研究进展,发现人类对氢的认知始于其燃烧特性,认为氢能航空发展兴于“双碳”目标,指出燃氢涡轮发动机是航空业实现减碳目标的关键,分析了燃氢涡轮发动机和氢燃料飞机的性能优势,研判出氢能航空及动力发展难在全产业链重构和全链条颠覆创新,提出了创新氢能航空发展机制、加快发展燃氢涡轮发动机、健全氢能航空产业链条、实现全链条颠覆性创新和加强氢能航空基础建设等五方面的发展措施建议。     

航空发动机产品和新型航空动力发展分析

回顾并总结了中国航空发动机产品的发展;综述了国外常规与新型航空动力的现状和应用前景;结合中国的现状,分析了中国未来航空动力的发展重点和途径。     

航空用燃料电池及混合电推进系统发展综述

随着世界范围内碳减排需求的日益增长及长航时飞机的发展需要,高效率的燃料电池航空电推进系统逐渐受到重视,氢能航空的理念被人们所熟知。可使用碳氢燃料的高温燃料电池还可与燃气涡轮组成混合动力系统,发电效率进一步提高至70%。本文首先回顾了燃料电池及燃料电池涡轮混合系统在航空能源、动力系统方向应用概况;接着,概述了几种突破现有涡轮发动机技术瓶颈的新概念混合电推进系统,如发电与推进一体化燃料电池涡轮混合动力系统和无涡轮燃料电池混合推进系统;基于此,本文分析了限制燃料电池混合系统实际应用的关键技术难题,主要体现在混合动力系统功重比较低、大分子碳氢燃料重整技术未突破两方面。     

支线客机关键技术与发展方向

支线航空作为公共运输航空的一个重要组成部分，随着市场需求的激增和国家政策的扶持，即将进入高速发展期。支线客机作为支线航空市场中的核心技术产品，不仅是打开全球支线飞机市场的钥匙，更是体现大国经济和科技实力的重要名片。基于支线客机的发展历程，深刻剖析了支线客机的任务使命，对支线客机总体气动、动力、机载系统这3方面的关键技术进行了详细阐述，并结合商用飞机的发展，讨论了支线客机的技术发展方向；最后基于未来发展需求，提出了基于自动、自主和智能化的支线客机任务系统概念。     

电动飞机核心技术研究综述

电动飞机技术是航空工业未来的发展方向,由于其大量减少了二氧化碳和其他污染物的排放,减少了飞机的噪声,提高了飞机效率,在未来有着广阔的市场前景,其核心技术是高效高功重比的电动机技术、高温电力电子变换技术和高能量密度电池技术。核心技术的突破对于混合动力和电动力航空未来发展起着至关重要的作用。     

航空发动机产品和新型航空动力发展分析

回顾并总结了中国航空发动机产品的发展；综述了国外常规与新型航空动力的现状和应用前景；结合中国的现状，分析了中国未来航空动力的发展重点和途径。     

混合动力推进系统与飞机数字化设计现状与展望

本文总结了国内外针对混合动力推进系统及飞机发展专门开发的数字化设计工具,归纳了其相应设计方法及特点。综合来看,为了满足混合动力飞机的设计需求,集成高精度电系统和热能管理系统模型,建立针对性的性能评估体系、飞机与发动机设计的数据耦合交互、研究设计与安全性分析相统一的建模方法、基于人工智能方法提高优化设计管理能力是目前面向其特点的关键发展方向,并为其后续的实验验证、适航条例制定等工程应用提供重要的技术支撑和设计依据。     

分布式电推进飞机电力系统研究综述

继飞机二次能源逐步统一为电能形成多电/全电飞机之后,电推进技术成为飞机动力系统电气化的重要发展方向,有望进一步提高飞机动力系统能量转换效率、降低燃油消耗和排放,代表了航空电气化的高级阶段。飞机电力系统及相关技术是支撑电推进技术发展的重要基础。系统总结了电推进飞机的类型与发展现状,论述了飞机混合动力系统及分布式电推进系统的基本概念、特点与意义。阐述了航空电推进系统的基本结构,比较了适用于分布式电推进系统的电力系统架构,系统分析了实现电推进技术所需的高效高功率密度电机、高效大容量功率变换器和综合热管理等关键技术。小型纯电动飞机正在逐步迈向实用化,而分布式混合电推进技术是中大型飞机电气化的重要方向,仍然需要航空机电和动力系统等交叉融合与创新发展。     

高马赫数涡轮基推进系统的发展及挑战

高马赫数推进系统不仅是高马赫数飞机必须突破的关键和难点,也是航空发动机未来发展的代表性技术方向之一,对 于涡轮发动机设计技术及相关制造技术的发展有着重要的牵引作用。总结了国外高马赫数飞机和推进系统的发展历程和发展趋 势,阐述了高马赫数飞机和推进系统的工作特点,分析了高马赫数涡轮基推进系统5个方面的技术挑战。据此提出应紧密结合高 马赫数飞机的需求,分布实施、快速验证,以多领域技术协同创新的方式发展高马赫数推进系统。尤其要关注高马赫数TBCC 推 进系统及其中的高马赫数涡轮基。     

未来飞机的智能化技术综述与发展展望

我国商用飞机型号的系列化发展,使得我国进入全球屈指可数的多型号发展的大型飞机制造国家之列。如果无论单通道飞机,还是宽体飞机仍基本保持常规布局的假设成立的话,随着未来航空产品复杂性的增加和新技术的持续植入带来了市场、技术、经济和研制周期等多方面的挑战。在型号研制经验、特别是完整的全寿命周期的研制经验相对缺乏的不利条件下,在关注传统学科和专业技术领域发展的同时,更需要关注颠覆性新技术的预先发展和应用,力争实现跨越式创新。其中,智能化技术和方法将是未来航空全产业链发展的全局性关键技术之一,对进一步提高飞机安全性、经济性、舒适性和环保性,提高飞机设计制造和运营维护的个性化、定制化以及无缝化水平具有潜在的颠覆性影响。论述智能技术在商用航空领域全寿命周期各阶段和全供应链体系下的系统化应用价值,为宽体飞机项目的发展提出关键核心技术的战略性发展方向,服务于技术和产业布局以及核心技术预先发展的需求。     

联合技术公司积极履行对中国航空业的承诺

<正>随着中国城市化的发展与新兴消费阶层的崛起,中国航空业的发展迎来了前所未有的机遇。据波音市场报告预测,在未来20年内,中国商用航空市场将需要6020架新飞机,价值近8700亿美元。多年来,凭借创新的技术产品和世界级的服务,联合技术公司及旗下航空业务部门普惠、联合技术航空系统以及西科斯基取得了有目共睹的成绩,并已做好准备继续支持中国民用航空项目取得成功。2014年是普惠静洁动力齿轮传动式     

国外高超声速飞机动力发展研究

常规水平起降、可重复使用的高超声速飞机是未来军民用航空器的重要发展方向之一。本文针对高超声速飞机的使用需求和动力技术发展难题，概述了美国、欧盟、英国高超声速飞机动力的发展现状，提出了我国高超声速飞机动力发展的建议，为制定我国高超声速飞机动力发展战略提供参考和借鉴。     

复合材料在商用发动机作动系统中的应用分析

先进飞机及其发动机的需求是复合材料发展的强大推动力。基于复合材料的特点以及在航空中的应用情况,提出了发动机作动系统对复合材料的需求。根据商用发动机作动系统的定义与范围,详细论述了该系统未来发展方向对复合材料的应用需求。通过对比分析复合材料在国内外发动机作动系统中的应用现状,提出了钛基复合材料、Si C复合材料、变形记忆合金复合材料、压电功能复合材料等先进复合材料的应用发展方向,为中国商用发动机作动技术的发展提供相关建议。     

航空发动机动力传输系统的技术发展思考

动力传输系统是航空发动机设计的重要组成部分。结合航空发动机动力传输系统技术的应用与研究,介绍了国外发动机动力传输系统的技术特点。结合中国发动机动力传输系统技术的实际,从动力传输系统的设计原理、系统组成部件和系统检测等几个方面对中国发动机动力传输系统的发展现状进行了分类描述和分析;指出了发动机动力传输系统存在的主要技术问题,同时阐述了未来航空发动机动力传输系统的技术发展方向。     

航空材料高速高效加工方法

高速高效加工是航空制造领域的重要发展方向,已广泛应用于飞机与航空发动机等复杂整体结构零件的加工,显著提高了生产效率、降低了生产成本。主要阐述了典型航空材料的高速高效加工方法及航空产品加工应用实例,同时指出了高速高效加工技术未来的发展方向。     

电气化飞机电力系统智能化设计研究综述

能源危机和环境问题推动了绿色航空的发展,飞机电气化是绿色航空的主要实现手段,已经成为航空技术发展的重要方向。本文介绍了飞机电气化的发展历程,阐述了电气化飞机电力系统的关键技术及其研究现状,分析了先进飞机电力系统设计的关键技术,指出了飞机电力系统综合化、智能化的发展特点。在分析飞机电力系统设计存在的问题的基础上,文章初步提出了电气化飞机电力系统智能化设计平台的理论框架、功能和特点,分析了支撑电力系统智能化设计平台的关键技术,指出了航空智能化设计的研究方向。     

涡轮基组合动力技术发展分析

在高超声速推进系统中,涡轮基组合动力装置凭借宽广的飞行范围和良好的比冲性能,成为临近空间飞行器的主要候选动力装置。历经几十年发展,其在关键技术方面取得了诸多突破,目前正向着工程研制方向迈进。通过对国外TBCC动力技术的发展路径、技术特点、研制经验进行系统分析,认为TBCC动力技术研究主要围绕高速涡轮发动机、冲压发动机以及组合循环发动机的技术验证开展。用于TBCC动力的涡轮发动机首选是现有发动机的改进,未来可能在继承涡轮发动机先进技术的基础上,针对高马赫数任务场景等特点进行适应性设计,发展高速涡轮发动机;冲压发动机技术进展显著,但还需向大尺寸方向发展;模态转换技术虽然取得一定突破,但还需深入验证。基于未来临近空间飞行器的需求,立足于现有技术基础和可预见的技术方向,分析提出了TBCC动力技术发展建议：提前开展关键技术预研、基于现有资源发展演示验证平台及进行基于技术发展需求的飞发协同设计。