開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)采用一對(duì)相互反轉(zhuǎn)dx與dx區(qū)別的風(fēng)扇dx與dx區(qū)別，可以設(shè)計(jì)為拉動(dòng)式或推進(jìn)式。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的最顯著特點(diǎn)是可以獲得超高涵道比dx與dx區(qū)別，預(yù)計(jì)最高能達(dá)到35。由于去掉dx與dx區(qū)別了發(fā)動(dòng)機(jī)短艙，減小了阻力，預(yù)計(jì)相互反轉(zhuǎn)的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)可節(jié)省10%的燃油消耗。

開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的研究始于20世紀(jì)70年代。到20世紀(jì)80年代后半期, 通用電氣（GE）公司研制出了GE36，普惠（P&W）公司與艾利遜（Allison）公司聯(lián)合研制了578DX。這兩型開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)都完成了地面和飛行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)：開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)能比常規(guī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)油20％～30％，在節(jié)能方面顯示出巨大潛力。

同時(shí)，在研制過程中也遇到了超出當(dāng)時(shí)技術(shù)能力的挑戰(zhàn)，其中最主要的難題之一是噪聲。在20世紀(jì)80年代末到90年代初油價(jià)降低時(shí)，兩款開式發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作中止了。目前，唯有烏克蘭的Д-27開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于對(duì)噪聲水平寬容的軍用運(yùn)輸機(jī)安－70。

近年來，隨著燃油價(jià)格的急速攀升，開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的研制在被冷落了近20年后，又在美、英、法、德、瑞典等國(guó)重新熱了起來。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）、通用電氣公司以及波音公司，歐洲的羅羅（R-R）公司、賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司、空客飛機(jī)公司以及有關(guān)大學(xué)對(duì)開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)開展了更為深入的研究。但是曾經(jīng)研制過578DX開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的普惠公司反而對(duì)開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)態(tài)度冷淡，轉(zhuǎn)而熱衷于對(duì)齒輪傳動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研究發(fā)展。

2009年6月，GE和NASA透露了一些關(guān)于開式轉(zhuǎn)子技術(shù)即將進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)的細(xì)節(jié)，這是1980年底以來開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的首次試驗(yàn)。

到現(xiàn)在，歐盟清潔天空 (Clean Sky) 計(jì)劃的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)將進(jìn)行地面測(cè)試，賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司及其合作伙伴正在進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)的最后組裝。過去困擾開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲問題似乎已經(jīng)基本克服，而完成地面和飛行測(cè)試面臨的關(guān)鍵問題是開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)能否、以及如何、何時(shí)可以運(yùn)用到未來的飛機(jī)上。

今年早些時(shí)候，清潔天空聯(lián)合事業(yè)總監(jiān)埃里克·道奇艾特 (Eric Dautriat) 曾將賽峰集團(tuán) (Safran)發(fā)動(dòng)機(jī)公司開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)作為項(xiàng)目的“最大挑戰(zhàn)”。

開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)有兩片半開式反向旋轉(zhuǎn)葉片，與現(xiàn)今的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)相比預(yù)計(jì)燃料消耗將削減最高30%，從而使整個(gè)行業(yè)從2005年到2050年實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放量減半的目標(biāo)成為可能。GKN航空航天公司是開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)模塊的主要供應(yīng)商，在2月份已經(jīng)向賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司提供驗(yàn)證機(jī)的前部和尾部旋轉(zhuǎn)架，為組裝和測(cè)試做準(zhǔn)備。

　　“我們目前在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的組裝，工程師們正在瑞典為賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司提供現(xiàn)場(chǎng)支持和操作，”GKN發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)部門高級(jí)工程總監(jiān)亨里克·倫內(nèi)馬默 (Henrik Runnemalm)說道，“接下來，我們將在賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司于法國(guó)的測(cè)試設(shè)施內(nèi)開始地面演示，屆時(shí)，我們將研究不同發(fā)動(dòng)機(jī)模塊的不同性能表現(xiàn)?！?/p>

賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)首席工程師奧利維爾·容格 (Olivier Jung) 表示，驗(yàn)證機(jī)的大部分制造工作已經(jīng)完成，公司將在夏末開始地面測(cè)試。他說道：“對(duì)于整個(gè)測(cè)試，80%的組件的制造已經(jīng)完成。目前正在諾曼底測(cè)試設(shè)備和組裝。露天試驗(yàn)臺(tái)已經(jīng)建立，它將在夏末全面運(yùn)行，以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試?！?/p>

　　2011年3月8日，展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)展示賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪。攝影：新華社 宋振平

然而，具體的飛行測(cè)試時(shí)間尚不確定。清潔天空計(jì)劃第1階段的空客A340飛行測(cè)試原定于2019年進(jìn)行，但由于開發(fā)的延遲，該項(xiàng)目被推遲到清潔天空計(jì)劃第2階段，目前尚未確定新的飛行測(cè)試日期。

今年早些時(shí)候，道奇艾特說：飛行測(cè)試將在地面測(cè)試“至少四年后”。然而，榮格并沒有排除2019年進(jìn)行飛行測(cè)試的可能性。

“我們正與空客合作評(píng)估該時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行此種測(cè)試的價(jià)值，”他說，“現(xiàn)在最重要的是，在聲順演示后驗(yàn)證動(dòng)力裝置的機(jī)械性能，以擴(kuò)展開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在未來十年的區(qū)域或中短程應(yīng)用?！?/p>

開式轉(zhuǎn)子研究面臨的一個(gè)關(guān)鍵障礙是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲不能處在常規(guī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)艙的水平。除了滿足減排目標(biāo)，航空業(yè)也必須在嚴(yán)格的噪聲規(guī)定范圍內(nèi)運(yùn)作。

ICAO（國(guó)際民航組織）的最新噪聲標(biāo)準(zhǔn)第14章指出，從2017年起，新的大型商用飛機(jī)的噪聲水平必須至少比現(xiàn)行第4章的標(biāo)準(zhǔn)低7 EPNdB（有效感知噪聲分貝）。小型飛機(jī)則需自2020年起開始遵守這一規(guī)定。

英國(guó)航空環(huán)境聯(lián)合會(huì) (AEF) 會(huì)長(zhǎng)蒂姆·約翰遜 (Tim Johnson) 擔(dān)心雖然開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)可能滿足噪聲分貝要求，但這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)其聲音特征難以讓地面的人接受，開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)是否不會(huì)像常規(guī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)那樣“煩人”的問題并沒有得到解決。

然而，如果這些擔(dān)心被證明是毫無根據(jù)的，約翰遜非常樂意看到開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)帶來的效率提升?！拔覀儦g迎效率更高而且沒有噪聲問題的發(fā)動(dòng)機(jī)，”他說，“我們更愿意從源頭實(shí)現(xiàn)減排，而不是通過抵消或彌補(bǔ)的方式減少排放?！?/p>

賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的榮格認(rèn)為，開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)有不同的聲音特征，但他相信這些問題是可以解決的。“通過利用CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）和先進(jìn)螺旋槳葉片概念的氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞測(cè)試，賽峰集團(tuán)證明了開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)不僅符合新的噪聲標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證（第14章），而且還達(dá)到了預(yù)期的性能水平，”他說。

“的確，我們的設(shè)計(jì)還有需要改進(jìn)的地方，該發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲還能降到更低的水平。開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音區(qū)別非常明顯，尤其是聲音特色上面。然而，賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的聲學(xué)感知研究表明這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的噪聲水平并沒有表現(xiàn)出很顯著的差異?！?/p>

GKN必須克服發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)的相關(guān)挑戰(zhàn)，而不能像常規(guī)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)一樣不能移動(dòng)?！斑@種發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)是進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)架位于發(fā)動(dòng)機(jī)后部。機(jī)架通常是靜止不動(dòng)的，但開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)架不僅能作為靜止機(jī)架，還能隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，” 倫內(nèi)馬默說道。

“這種靜止兼旋轉(zhuǎn)機(jī)架帶來了新的挑戰(zhàn)。不像靜止機(jī)架，旋轉(zhuǎn)機(jī)架是至為重要的安全部件。”旋轉(zhuǎn)模塊必須提供足夠的設(shè)計(jì)空間，并能調(diào)整前后葉片的俯仰角，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)飛行階段的性能達(dá)到最大化。

“調(diào)整俯仰角的能力是確保開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最優(yōu)性能的關(guān)鍵，” 倫內(nèi)馬默說道，“GKN航空航天公司的旋轉(zhuǎn)模塊設(shè)計(jì)必須使俯仰機(jī)制能在發(fā)動(dòng)機(jī)中心實(shí)現(xiàn)葉片俯仰角的控制?！?/p>

從靜止機(jī)架轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)機(jī)架必須更換材料，GKN使用了鎳基合金，因?yàn)檫@種材料可以承受極熱氣體在表面移動(dòng)而不受損壞。倫內(nèi)馬默表示，材料質(zhì)量和功能持續(xù)性是開發(fā)過程中面臨的主要挑戰(zhàn)，GKN不得不采用新工藝來克服這個(gè)問題。

“我們使用了包括激光焊接（通常運(yùn)用在靜止部件上）和電火花加工在內(nèi)的一套全新的制造工藝，確保材料的有效利用，”他說。

開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)將于2030 - 2035年投入商業(yè)服務(wù)，具體有賴于全新機(jī)身的開發(fā)?！拔覀冋J(rèn)為開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)可能更適合支線飛機(jī)這種較短的小型機(jī)身，而非大型的長(zhǎng)途客運(yùn)飛機(jī)，” 倫內(nèi)馬默說道。

發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和機(jī)身制造商之間的密切合作對(duì)于開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)將如何融入未來的飛機(jī)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，正如賽峰集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的榮格所說：“十幾年來，我們一直在就這個(gè)問題與機(jī)身制造商合作，目前，我們?nèi)匀辉谠u(píng)估開式轉(zhuǎn)子的不同配置?！?/p>

“測(cè)試將在今年年底前進(jìn)行，這將有助于確定最合適的配置?！保▉碓矗猴w行國(guó)際 編譯：普林斯）