启动颠覆性RISE项目，CFM将如何推动飞行减油降碳？

近日，GE航空集团与赛峰集团正式宣布启动CFM国际公司的RISE技术验证项目，将通过研发开式风扇架构架构、混合动力以及300多个独立组件、模块和完整的发动机架构等一系列全新颠覆性技术，推进未来发动机的研发。

开式风扇架构与目前民航的涡扇发动机相比，没有风扇机匣，风扇置于发动机短舱之外。目前在民航，还没有一款使用开式风扇架构的发动机投入商业运营，那么CFM为何选择在这个时候启动这个颠覆性的项目？新技术面临哪些挑战？新技术将给未来的飞机带来什么颠覆性的改变？

近日，航旅圈来到了通用电气北京科技园，GE中国及GE航空集团大中华区总裁、CFM国际大中华区总裁向伟明向我们深度介绍了RISE项目。

▶ 为何启动RISE项目？

CFM启动RISE项目的主要目的，就是推动航空业的可持续发展。近年来，全球气候问题越来越受到关注，各行业加速转型，以减少碳排放。国际航协（IATA）也设定了2020年起限制碳排放，到2050年，碳排放减至2005年一半的目标。中国也提出了2030年碳达峰，2060年碳中和的目标。

本月，GE公司在其发布的最新可持续发展报告中提出，将在2030年实现公司运营层面的碳中和，在2050年力争实现包括供应链和所有售出产品的碳中和，成为“净零”企业。

提高发动机燃油效率，降低油耗，是GE公司实现碳中和，打造可持续发展的未来航空的关键因素之一，数十年来，GE及其合作伙伴的每一代新发动机都实现了油耗和碳排放量的降低。

例如，CFM目前的LEAP发动机相较于CFM最初生产的CFM56系列的油耗和碳排放已减少了40%，比737NG使用的CFM56-7B减少了15%。空客A320neo、波音737 MAX以及中国商飞国产大飞机C919都选择使用了LEAP发动机。

此外，GE还通过研发数字化工具，帮助航司提高安全性和运营效率，目前澳航、国泰等航司的飞行员已经用上了GE研发的FlightPulse®软件，这款软件可以帮助分析飞行员每一次飞行中产生的数据，让飞行员及时了解和掌握自身的飞行数据和操作习惯，进而了解自己该如何精进操作，减少油耗、降低排放。

而这一次，RISE项目的目标，是要通过开式风扇架构，验证研发出较LEAP发动机再减少20%以上油耗和碳排放的技术。

▶ ​为何采用开式风扇架构？

航空推进系统的历史演进表明实现各项效率指标的突破，关键在于使用了更大尺寸的风扇，以提供更大的涵道比，增加发动机的推进效率，从而降低油耗。

向伟明介绍，RISE项目想要在LEAP基础上，实现额外减少20%的油耗和碳排放，仅靠在目前的涡扇发动机设计上进行改良是远远达不到这个目标的，开式风扇架构成为了实现这一指标的关键。

事实上，早在上世纪70年代末-80年代初，由于油价居高不下，GE就率先研发了一款GE36无涵道发动机（UDF），1986-1988年，GE36发动机先后在波音727及MD-80飞机上进行测试，并在范堡罗航展展出。

GE36初步验证了开式风扇架构的经济性，而由于油价在随后大幅下跌，客户需求减弱，再加上当时的技术不够先进，一些噪音等技术问题无法解决，GE36最终并未投入商业运营。

而如今，不管是GE还是其与赛峰合资的CFM都在发动机技术上有了大量的储备，其中CFM发动机的累积飞行小时已超过十亿。此时，将过去GE36等经验运用到RISE项目上，选择以开式风扇架构为未来新一代的发动机奠定基础，相信CFM一定有自己的独到见解。

不过，一个革命性的技术往往面临许多挑战，这一次，GE和赛峰能否联手将噪音等问题解决呢？

▶ 新技术需要突破哪些挑战？

速度&噪音

开式风扇发动机与传统速度较慢、航超较短、噪音较大的支线飞机所采用的涡轮螺旋桨发动机虽然在外形上有些相似，实则全然不同。据了解，未来以开式风扇架构研发的新一代CFM发动机，能提供与当前涡扇发动机相当的速度（可达0.8马赫）与噪音水平。

速度方面，要在开式风扇架构下实现这一推进效率，就需要进一步增加风扇直径，向伟明表示，RISE项目中验证的风扇直径或达4m，甚至超过宽体客机发动机GE9X的3.4m风扇直径。

值得注意的是，没有了风扇机匣，如何保障风扇叶片的安全，不影响飞机安全也是需要验证和解决的问题。据了解，RISE项目也将采用复合材料（碳纤维复合）风扇叶片，自1995年以来，复合材料叶片已先后应用在GE90、GEnx、LEAP和GE9X发动机上，累计飞行1.4亿小时，另外，这些复合材料叶片没有寿命限制。

噪音方面，2017年，赛峰集团通过欧洲清洁天空计划，研发了对转式开式转子(CROR)发动机，通过地面试验，与如今最高效的发动机相比，这一发动机在油耗和碳排放方面均实现了显著改进，噪音水平与现役发动机大致相当。

最近这几年，CFM又进一步累积了关于反推管理以及优化重量和复杂度的经验，加上近年来广泛开展的气动降噪工作将帮助开式风扇架构发动机进一步减少噪音。

取证

RISE项目将验证大量的颠覆性新技术，涵盖混合动力的研发，集成燃气轮机和电动马达以及300多个独立的组件。随着项目的推进，CFM将成为首家在单通道飞机发动机领域引入混合动力的公司。

未来推出正式型号时，对于CFM和监管机构来说，也将面临新的取证挑战，对此，向伟明表示，CFM已与航空监管部门展开讨论，就开式风扇发动机的相关认证和监管事宜达成共识，CFM将为所需的新认证提供积极支持。

▶ 未来飞机设计构想

RISE项目目前已经进行了几次试验台测试，CFM计划于2020-2030年中期进行完整的验证机地面和飞行试验。

如果一切顺利，正式型号预计在2030年代中期可投入使用， 不过这取决于飞机制造商何时推出下一代单通道客机。而RISE项目中所获取的新技术，也可以应用于目前的发动机升级。

此外，由于架构和目前的LEAP等涡扇发动机不同，RISE项目更需要与飞机制造商进行更紧密的合作，以优化开式风扇架构在装机后的性能。对于开式风扇架构的安装，CFM提供了多种选择，包括高翼吊、低翼吊或尾吊。

向伟明预计，下一代单通道飞机也将会是颠覆性的设计，而作为发动机制造商，CFM更关注的是发动机的全寿命成本，设计出一款好的发动机，不仅在于通过提高效率给航司带来运营成本上的降低，还要保证其可靠性、使用成本和维修成本等方面具有竞争性。

在CFM启动RISE项目前，空客公布了三款零排放概念机型，命名为“ZEROe”，同样计划在30年代中期投入使用，而ZEROe实现零排放的方法，将主要依靠氢能源作为发动机的燃料。

与“ZEROe”相契合的是，RISE项目也将验证及确保新一代发动机与100%可持续航空燃料(SAF)和氢能源的兼容。

相信大部分人对可持续航空燃料(SAF)已经不陌生，需要注意的是，目前行业仅允许混合加注传统航空煤油的方式使用SAF，且生产成本较传统燃料高出3倍左右。

对此，向伟明表示，RISE项目将加速推动100%可再生航空燃料的认证与使用。随着未来更多企业研发生产可持续航空燃料，预计可持续航空燃料的价格将进一步下降。实现可持续航空必须依靠全行业的共同努力。