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《大飞机》:欧盟的雄心

——“净洁天空计划2”启动
2014年10月13日 14:41   来源:《大飞机》杂志   陈培儒

  6年前,当欧盟高调宣布投入16亿欧元启动“净洁天空计划”的时候,很多人都怀疑,这个计划究竟能为欧洲航空航天业带来什么实质性的益处。

  但如今,已有600多家企业、高校、研究院所参与了这一计划,20项验证项目处于5~6级技术就绪水平,75%的既定研究项目已经完成。通过“净洁天空计划”,很多欧洲企业共同研发减少环境污染的新技术,如开式转子技术,这些技术如果没有该计划的支持,单凭一国之力,也许现在还未启动。

  为了进一步推进技术发展,欧盟近日正式宣布启动“净洁天空计划2”。该计划从2014年6月开始,一直持续到2024年,总投资预计将达40亿欧元,其中,85%的资金将直接投入航空航天产业。

  鉴于“净洁天空计划2”的投入大幅增加,欧盟预计出资17.75亿欧元,其余的22亿欧元将来自行业、研究院所、小微企业和国家项目基金。在“净洁天空计划2”中,参与者不再限于航空航天领域的大型国企和一级供应商,还将包括私营企业、高校,甚至行业外的企业。

  根据欧盟的设想,“净洁天空计划2”将实现CO2、NOx和噪声排放比当前最新技术降低至少20%~30%,最终实现到2050年欧盟地区碳排放量较2020年水平再降低50%的极限目标。

  更开放的平台

  作为一个庞大的跨国项目,“净洁天空计划”所遭受的最大非议在于欧盟在选择合作伙伴时缺乏开放性和公平性,尤其是在选择一些大型项目的核心合作伙伴时。因此,为了提高公平性和透明性,欧盟将“净洁天空计划2”中通过资助项目来成为项目领导者的比例从原来的50%降到40%,剩下60%通过公开招标的形式,广招天下英雄。在公开招标的合作伙伴中,有一半是长期合作的核心合作伙伴,另一半则是通过项目结盟的一般合作伙伴。

  根据计划,首次核心合作伙伴竞标将在近期举行,合作协议计划在2015年第二季度签署。首次一般合作伙伴的公开招标将在2014年第四季度进行,合作协议将在2015年第三季度签署。

  值得一提的是,在“净洁天空计划2”中,欧盟十分看重小微企业、高校和科研院所的参与程度,鼓励小微企业与科研机构以结盟的形式参与项目。据悉,欧盟计划将27%的经费投给这些小微企业和科研机构,希望它们通过参与项目从中受益,逐步成长为未来的核心合作伙伴。

  更具挑战性的目标

  “净洁天空计划”的主要成果包括:开式转子技术、齿轮传动涡扇发动机、涡轴发动机、涡桨发动机和活塞发动机的地面试验;智能襟翼、创新型尾翼和电动尾桨的验证试验;层流机翼、全电系统和智能旋翼桨叶的飞行试验等。

  在“净洁天空计划2”中,这些新技术将继续得以完善,并在此基础上开展混合层流机翼技术、高速旋翼机项目和更先进布局飞机的飞行验证试验。此外,还将发展新一代90座级支线飞机和19座小飞机验证技术的飞行试验。

  根据欧盟的部署,“净洁天空计划2”由两个大型飞机飞行验证平台、两个大型系统综合技术验证平台和其它横向项目组成。

  两个大型飞机飞行验证平台由空客公司主导,支线飞机项目由阿莱尼亚?马基公司主导,高速旋翼机项目由阿古斯特韦斯特兰公司和空客直升机公司共同主导。

  在大型系统综合技术验证平台中,机身部分由达索公司、空客公司和萨伯公司主导,发动机由赛峰、罗罗和MTU公司主导,机载系统则由泰雷兹公司和利勃海尔公司主导。环保设计方面则由弗劳恩霍夫公司主导,小型飞机则由捷克欧飞公司(Evektor)和比亚乔公司主导。

  在“净洁天空计划”中,空客投入大量资源用于研发层流机翼和开式转子技术,虽然从短期来看,空客还不能从这两项新技术中获益,但其计划在这些新技术的基础上于2030年左右推出全新概念飞机。

  目前,一架装有层流机翼的A340飞机正在进行相关风洞试验,并计划在2016年投入试飞。对于层流机翼所能带来的好处,业界早已达成共识,在过去18个月中,空客一直在研究其制造工艺,努力降低制造成本。一旦这架A340投入试飞,将最终验证层流机翼技术所降低的油耗是否能够抵消制造成本,以验证这项技术是否具有可持续性。

  同样,开式转子发动机项目虽然目前已经脱离了“净洁天空计划”,但是空客公司为这项技术开了“绿灯”,因此这项技术将在“净洁天空计划2”中作为联合技术演示被再次纳入。一旦装载开式转子发动机的飞机投入试飞,将验证这项具有良好前景的新技术是否能够克服集成的挑战。

  更成熟的飞机技术

  “净洁天空计划2”关注的重点是大规模的集成验证项目,以提升技术的成熟度,从而达到下一代商用飞机、支线飞机、公务机和螺旋桨飞机的要求。由空客主导的大型飞机集成验证平台包括机身-发动机一体化的集成验证、混合层流控制技术、全新客舱系统和结构一体化验证、下一代驾驶舱技术、航电技术和全电系统验证等。

  根据计划,大型飞机飞行验证平台将耗资5.6亿欧元,涵盖到2020年完成的开式转子发动机验证飞行、到2023年完成的混合层流机翼验证飞行以及用于基本飞机布局验证的X飞机缩比尺寸验证机试飞。

  在大型飞机集成平台验证项目中,还包含一个投资约800万欧元的子项目,该项目是对采用全碳纤维复合材料制造的后机身进行验证,其中包括验证开式转子发动机是否符合相关适航要求,以及发动机吊挂、尾翼、辅助电力装置等的装机测试。

  一个装有简易混合层流系统的垂直尾翼飞机将在2015年投入运营,以验证其性能。这个验证项目时间跨度长,将从2015年开始一直持续到2019年年中。而装有混合层流机翼的高速验证机项目则将从2017年年中开始,到2023年年中结束。

  另外两个值得关注的项目,一个是关于机身、客货舱系统与结构的物理集成平台,另一个则是驾驶舱、航电和全电系统的集成验证,两个项目预计将耗资5200万欧元。

  在飞机布局方面,空客计划采用动态尺寸模型来进行采用新布局飞机的测试飞行。这项工作计划在2015年4月启动,并在2018年第一季度结束,项目预计耗资108亿欧元。一旦验证通过,空客将在此基础上,对飞机布局进行更加“激进”的改进。

  更节能的发动机

  “净洁天空计划2”的另一个重要内容是对下一代中短程客机可能采用的候选技术进行飞行试验,将技术成熟度提高至6级。其中,最引人关注的是与发动机相关的新技术,包括混合动力推进概念、激进的甚高涵道比发动机(VHBR)研制验证。

  “在净洁天空计划2”中,发动机相关项目由罗罗公司和赛峰公司携手推进,致力于将新技术应用于下一代商用发动机上。发动机项目将包括2个飞行试验验证项目和4个地面试验项目。由罗罗公司主导的用于远程客机的甚高涵道比发动机测试飞行将在2019年开始,而由斯奈克玛公司主导的反向旋转开式转子发动机项目(CROR)则将在2020年进行测试飞行。

  在“净洁天空计划”中,罗罗公司对其下一代先进发动机(涵道比达到11︰1的三轴涡扇发动机)技术进行了完善,新发动机将在2020年投入运营。而在“净洁天空计划2”中,罗罗将继续研发一款涵道比达到15︰1的齿轮传动涡扇发动机,并计划于2023年投入使用。

  赛峰的子公司斯奈克玛在“净洁天空计划”中,针对未来中短程商用飞机发动机项目进行了两项研究:一是开式转子技术的研究,二是研发一款涵道比大于15︰1的超高涵道比发动机验证机。这一验证机将在2022年开始地面试验。

  赛峰的另一个子公司透博梅卡公司,承担了在阿迪丹3(Ardiden 3)直升机发动机平台上,研制一款1800~2000轴马力的涡轴发动机验证机的任务,以用于下一代公务机和支线飞机。在“净洁天空计划2”中,德国MTU公司将继续齿轮传动涡扇发动机的研制,并将进行低压压缩机的地面试验,通过改进涡轮技术以降低排放。

  更有创意的小飞机项目

  在“净洁天空计划2”中,小飞机项目有许多新的创意有望付诸实践。

  高速旋翼机方面,阿古斯塔公司将致力于开发第二代民用倾转旋翼机的验证机,而空客公司则将继续推进X3直升机项目。由比亚乔公司和欧飞公司牵头的小型航空运输机项目将从横向上把机体制造商、发动机制造商和先进发动机项目中的系统集成商结合起来,让小型飞机的研制更上一个台阶。

  通航飞机项目中,一个19座的通勤机项目将扮演重要的角色,其中的相关技术将被广泛应用于活塞式和涡轮动力的小飞机上。欧飞公司的EV-55和比亚乔公司的P180将被作为测试平台进行相关研发。

  根据计划,在“净洁天空计划2”结束时,小型飞机项目的总体目标是降低25%~30%的运营成本、将事故死亡率降低10倍、将客舱内的噪音水平降到80分贝、外部噪音降低10分贝,为欧盟总的减噪目标作出贡献。

(责任编辑:缪杰娴)