減少航空油耗與污染 奇異「槳扇式發動機」再次復活


減少航空油耗與污染 奇異「槳扇式發動機」再次復活

稱爲CFM Rise的槳扇式發動機計劃,它具有0.8馬赫的飛行速度,而燃油效率提升20%。(圖/Airbus)

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面對油價再次高漲,以及降低碳排的考驗,航空業也必須全盤檢討現有的碳排放問題,現在的航空發動機都太消耗燃油,碳排放也太高了。這使得40年前曾被放棄的一種技術再次復活,也就是介於渦輪噴射與螺旋槳動力之間的「槳扇式發動機」(Propfan),它的外型相當獨特,如同渦輪風扇被裝到引擎罩之外。

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新阿特拉斯(New Altas)報導,槳扇發動機也稱無導管風扇(Unducted fans ,UDFs),或是開放式轉扇發動機(open rotor engines ),於1970年代首次被提出,它們看起來有點奇怪,前部有光滑的機艙和進氣口,後部卻有兩組旋轉風向相反的渦輪風扇在轉動。

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這是因爲當時國際上遇到第二次石油危機,油價居高不下,立即反應在航空業,於是這種航速高於螺旋槳動力,卻有相同省油效果的航空發動機就被提出。

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世界最大的航空發動機製造商奇異公司(General Electric ,GE)就在1980年代提出了GE36槳扇發動機,能夠推動客機以0.84 馬赫的速度巡航,與一般的渦扇發動機速度相同,但是卻有30%的省油效率。原本波音公司也計劃將727客機安裝上GE36,改名爲波音7J7。

然而在幾年之後,因爲海灣戰爭的後續影響,美國與阿拉伯聯盟大致和解,石油輸出國組織(OPEC)順勢解除石油禁運,燃油價格一夕之間暴跌,GE36的省油優勢看不出經濟效率,設計因此被擱置了40年。

奇異公司在30多年前就提出GE36槳扇式發動機,卻因油價回跌而研發停止。(圖/General Electric)

但是,現在這個時候,我們再次遇到戰爭、油價波動,另外又增加了環境減碳的國際共識,這使得槳扇式發動機再次被提出。美國奇異公司與法國賽峰集團合資成立的CFM國際公司,在2021年提出了Rise發動機計劃,可以視爲GE36的重生。

與GE36把槳扇安裝在後半段不同,Rise發動機的槳扇安裝在前方開口處,但原理是相同的。

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GE公司表示,雖然近期燃油價格基本回穩,但是航空業仍然面臨着降低碳排,甚至淨零碳排的挑戰。與車輛、船舶可以改成電池動力不同,航空飛行仍然很大程度仰賴碳基燃料,因此如何增進航空油耗效率就變得至關重要。

目前, CFM 已經在地面上進行了大約 400 次測試,與此同時,GE 也一直在進行電腦模擬,並且借用了美國能源部橡樹嶺國家實驗室的「前沿」(Frontier) 超級電腦,用於分析大型槳扇在高速轉動時相互作用和效率。

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