开式转子航空发动机的进化轨迹

导读：据《航空周刊》6月25日报道，开式转子发动机并不是一个全新的想法，自上世纪70年代开始最早的研究和开发以来，该概念已逐渐演变为可行的推进系统，能够同时满足现代噪音要求和两位数的燃烧效率提升的性能目标。近期，CFM国际公司近期宣布的下一代民用航空发动机开式转子样机这一历史性的产品，本文回顾了通往这一目标漫长且有时崎岖不平的道路上的一些关键里程碑。

开式转子发动机的设计最早可以追溯到上世纪70 年代中期，作为1973 年石油危机的全国性反应，美国宇航局NASA建立了先进涡轮螺旋桨发动机项目，将螺旋桨的低速推进效率扩展到更高的亚音速。

该概念的关键是由 Hamilton Standard 设计的全新的高度后掠的薄叶片，可减轻可压缩性影响。在风洞测试中，弯刀状叶片表明，对于以 0.8 马赫巡航的中程客机，潜在的燃油节省超过 20%。

1987 年，根据 Propfan 测试评估计划，该设计被安装在艾里逊 501 涡轮螺旋桨发动机上，并在湾流 II 飞机上以牵引机配置飞行。

上世纪80 年代初另一波上涨的燃油价格的推动，美国GE公司同时将这一概念更进一步衍生，推出了 GE36 无涵道风扇 (UDF)——一种带有类似于螺旋桨发动机的推进器——但由改进的涡轮风扇发动机驱动，而不是由涡轮螺旋桨发动机驱动，该设计也正式称为开放式转子发动机，其带有两排向相反方向旋转的叶片，以减少涡流损失并产生近轴向出口流。

受

1986~1887 年间，每排有八个叶片的 GE36 发动机在波音 727-100 飞行试验台上飞行测试，随后在 1987~1988 年间在 麦道MD-80客机上进行了2次进一步的试验，其中第二次测试了 UDF 发动机，前排有 10 个叶片，后排有 8 个叶片。

通用电气 GE36发动机，涡轮风扇转子直径为11 英尺（后转子），其推力为：25,000 磅。

GE36 发动机由涡轮通过对转无定子涡轮级直接驱动。虽然这有效地使涡轮发动机的转速翻了一番，使涡轮发动机更小、更高效，但也导致了复杂的机械布置。前级风扇由安装在外壳内侧的涡轮叶片驱动，而后级风扇由安装在轴上的叶片驱动。热和负载不平衡问题推动了对轻质复合风扇叶片的需求——该技术后来首次在 GE90 上得到利用。

随后，Hamilton Standard 和 Allison 还与普惠公司合作开发了 578-DX 开式转子发动机，其带有两排对转的风扇叶片。与直接驱动的 GE36 发动机不同，578-DX发动机在低压压气机和风扇叶片之间集成了一个 13:1 减速齿轮箱，578-DX发动机的飞行测试在 1989 年在 MD-80 客机上进行，每排有六个叶片。涡轮风扇转子直径为11 英尺（后转子），其推力为：22,000 磅。

2000 年代，随着燃油价格上涨，美国和欧洲的研究项目专注于噪声、振动、热管理和机身集成，人们对开式转子发动机的兴趣重新燃起。2009~2012 年，NASA、FAA 和 GE 使用现代基于计算机的设计方法，对 GE36 衍生的叶片设计进行了规模化的气动声学测试。

CROR 项目测试于 2017 年根据 SAGE 2开式转子发动机（可持续和绿色发动机）项目结束，该开式转子发动机设计由两个对组成，由 军用航空发动机M88的核心机提供动力。该发动机推力范围为25,000~30,000 磅。

转级

欧洲洁净天空航空研究计划中，最终以赛峰集团领导的反向旋转开式转子发动机项目CROR告终。最初的支持工作包括对先进的低噪声叶片设计和发动机配置中叶片组之间的音调相互作用进行气动声学测试。

CROR 项目测试于 2017 年根据 SAGE 2开式转子发动机（可持续和绿色发动机）项目结束，该开式转子发动机设计由两个对转级组成，由 军用航空发动机M88的核心机提供动力。该发动机推力范围为25,000~30,000 磅。

GE航空公司和 法国赛峰公司的开式风扇配置是一种牵引式设计，具有单级旋转叶片和第二级有源可变螺距定子。为了在 CFM 的可持续发动机革命性创新 (RISE) 计划下进行测试，该发动机将包括一个紧凑型核心机、新型低排放燃烧器、热交换器和用于混合电力系统的电动发电机。

未来的开放式旋翼设计将与机身高度集成，并需要为关键领域制定新的适航认证标准，例如保护机身免受潜在叶片撞击。美国联邦航空局、欧盟航空安全局和美国宇航局在 2010 年代共同确定开放式转子发动机的认证基础，包括在加利福尼亚中国湖海军航空武器站使用全尺寸发动机测试，防止叶片释放的防护罩结构。

发动机的认证基础，包括在加利福尼亚中国湖海军航空武器站使用全尺寸发动机测试，防止叶片释放的防护罩结构。