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晴朗的天空,巨大的机遇

欧洲清洁天空项目聚焦于重构航空生态系统

一切都在那里等着你。清洁、可持续的航空技术,从驾驶舱和控制系统到推进和空气动力学的进步。早在2008年,欧盟就提出了几项温和的建议,这是欧盟迈向气候中立航空的旅程。

截至2021年9月,“清洁天空2号”项目包括34个旗舰示范项目、106个贡献示范项目和1000多个新技术,涉及从能效、电力解决方案到电池和燃料电池推进系统等各个领域。

但“清洁天空2号”带来的最大收获是,到2021年底,这些先进技术中只有30%将完成。我不是数学天才,但这意味着70%的清洁天空计划将在2022-2023年实现。对于目前为航空航天工业提供轴承、齿轮箱和电机的公司来说,这是一个惊人的机会。为了实现全球空中的可持续发展目标,数千架飞机将需要在未来几年更换。

“挑战的规模是巨大的,”欧洲清洁天空项目的执行董事兼负责人阿克塞尔·克里恩(Axel Krien)说。“我们说的是,到2035年,全球将有超过5万架飞机需要更换。但商业上的理由是存在的。机会是巨大的。这趟旅程需要从昨天开始。”

“显然,对于清洁天空、清洁航空和整个航空部门来说,我们正走向一个非常繁忙和激动人心的时刻。没有多余的时间了。可持续航空需要大胆、快速的投资。虽然未来的挑战是巨大的,但我坚信我们有能力和能力取得成功。可持续航空的未来看起来很光明,”他最近在中国上海举行的第32届国际航空科学理事会(International Council of The Aeronautical Sciences)大会上发表讲话时补充道。

以下是欧洲“清洁天空”项目的一些航天工作的小样本:

UltraFan在风扇和中压压缩机之间引新历18luck官网入了一个动力变速箱,以确保风扇、压缩机和涡轮机都能以最佳速度运行。

劳斯莱斯UltraFan着眼于燃油效率和性能

UltraFan发动机是一款创新的齿轮传动涡扇发动机演示产品,也是Clean Sky发动机项目的主要展示产品。这款演示车的目标是实现节能和更环保的发动机性能,为此,它结合了大量技术和创新的高温材料,以及新的齿轮结构(在风扇和中压压缩机之间引入了动力变速箱),以确保风扇、新历18luck官网压缩机和涡轮机都继续以最佳速度运行。

Clean Sky Engines项目负责人Andrzej Podsadowski表示:“UltraFan发动机的美妙之处在于它的模块化设计,因此可以满足从2.5万磅到10万磅的各种任务。”

他补充道:“Clean Sky和罗尔斯-罗伊斯正在为UltraFan的关键功能进行合作,比如不同的风扇、传动系统解决方案、轴承解决方案以及许多其他技术,这些都进展顺利。”’通过‘清洁天空2’,该示范项目覆盖了8个国家的30多个不同组织。”

“多年的准备和计划在一起创建我们的第一个真正的工作的设备,开始有能力的东西转变成整个家族UltraFan引擎-功率范围从25000磅到100000磅以上,能窄体和宽体飞机的未来。”新历18luck官网

建造工作在罗尔斯-罗伊斯位于英国德比的DemoWorks工厂进行,该公司正在创建所有的建造套件,以使演示程序建立和运行。与此同时,UltraFan的所有关键技术都已达到相关里程碑,所以所有大型技术目前都处于构建阶段。

其中包括碳复合叶片,它的直径将达到140英寸,是世界上最大的(包裹在一个足以驱动伦敦地铁通过的复合风扇箱中),该叶片已经在罗尔斯-罗伊斯位于英国布里斯托尔的新复合材料工厂投产。

与此同时,该公司位于德国达勒维茨(Dahlewit新历18luck官网z)的工厂目前正在建造航空航天行业最强大的、可输送50兆瓦功率的UF001动力变速箱。

动力变速新历18luck官网箱由五个行星齿轮组成。

都聚在一起,这给了我一个真正的自豪感知道这个项目是关于提供一些切实的东西会真正减少排放时,人们正准备再次连接,旅游可持续地又想这样做,”说查曼Cordo,首席项目工程师劳斯莱斯。

VOLTAYRE的油阀提高变速箱性能

UHPE发动机的一个关键创新是引入了变速箱(鼓风机和转子之间的齿轮系),这使得发动机输入鼓风机以与主转子不同的速度运行。这允许增加风机提供的二次空气流量,同时提高不同压缩阶段的效率。

VOLTAYRE专注于设计和制造一种创新的高流量直接驱动油阀,该阀将达到TRL 5级。该阀门将能够准确地测量并分割从泵到变速箱和发动机的流量。

这就是Clean Sky VOLTAYRE(高精度可靠的油调节阀门)项目的由来。在欧盟委员会地平线2020基金的支持下,VOLTAYRE专注于设计和制造一种创新的高流量直接驱动油阀,该阀将达到TRL 5级。该阀将能够准确测量并分离从泵到变速箱和发动机的流量,允许多余的油流返回油箱。该阀门还将通过FADEC(全权威数字发动机控制)可视化传输油流。

VOLTAYRE概念是基于一种专利电子自由低能量限制角度扭矩电机的放大,由FACT (Fluid Actuation & Control Toulouse),一家总部位于法国L 'Union的中小企业开发。该公司开发了一种扭矩电机,可以提供高扭矩、高位移、高老化稳定性,无需动态密封,可以直接驱动阀芯,测量和分离油流。

赛峰VOLTAYRE项目的主题经理Sébastien 新历18luck官网Oriol说:“由于电力范围大,我们需要达到大范围的石油流量。”“这是一个相当新的组件,因为我们以前从未做过油流量测量单元。”

洁净天空综合智能轴承系统

对航空发动机轴承的实时监控意味着,大修和维修可以在需要时安全地安排,而不是按照时间或运行周期确定的固定间隔。Clean Sky为超高推进效率(UHPE)地面测试演示项目开发的集成智能轴承系统(I²BS)为轴承健康监测带来了一种更智能的方法,这将使欧洲航空发动机在提高安全标准的同时更具有成本效益。

UHPE地面测试演示项目集成智能轴承系统(I²BS)的理念是为超高推进效率(UHPE)地面测试演示设备设计、开发、评估和测试可互换的常规和智能轴承。该项目于2016年7月启动,一直运行到2021年12月。

智能轴承将能够提供与它们的功能特性相关的信息——它们的健康状况,包括温度、轴向和径向载荷、球或滚子或保持架速度、润滑质量和轴承各部分的径向间隙。所有这些信息都是实时的,就像一级方程式赛车一样,可以看到它们在系统中是如何工作的。

清洁天空发动机过渡段的团队负责人Jean-François Brouckaert博士引用该项目的背景指出,“赛峰的UHPE演示机在轴支撑、轴承位置和轴动力学方面拥有完全不同的发动机架构,因为像这样的发动机在轴上的重量平衡与传统的直接驱动涡扇发动机非常不同,所以在这种新的结构中轴承必须承受的经验是有限的。我们的概念是在第一次测试中使用仪器轴承来监测它,并在模型中验证这一点,以及发动机长期的动态行为。如果这些智能轴承被证明是可靠的,它们最终可以用于运行中的健康监测。但这个项目的首要目标是理解这个概念上的轴的动力学。”

舍弗勒航空航天公司(原FAG航空航天公司)的产品开发航空航天主管兼该项目的协调人帕特里克·米尔林补充说:“在理想情况下,轴承可以持续数千小时没有问题,但在飞机引擎中并非如此。例如,油系统可能受到污染,或者油中断——如果油泵不能提供足够的润滑油,就会产生摩擦,导致轴承退化,最终导致轴承故障。”

他继续说,“有了智能轴承,你将能够检测到任何初始损伤,因此,你会确切地知道哪个部件——无论是外圈还是内圈,或者是滚动部件——遭受了初始损伤,因此,你也会有一个剥落传播行为的预测,这样你就会知道轴承的剩余寿命。有了这些知识,就有可能延长大修间隔时间。”

目前,行业使用基于小时和/或周期的固定检修检查,但对于智能轴承,通过了解剩余寿命,就有可能延长检查间隔和维护间隔,从而可能降低检修成本。项目组还对轴承的载荷和速度进行了估算和计算。

“我们还不知道超载情况发生的频率,因此可能是一些轴承设计过度。与仪表轴承,我们可以得到实际的数据从一个引擎知道最大负载应用是什么,发生的频率等等,你可以考虑这个设计轴承根据实际加载和超速情况,因此也缩小轴承,”他补充道。

清洁、绿色和节能

欧洲的“清洁天空1号”和“清洁天空2号”项目旨在降低排放目标,显著降低噪音污染,并为航空航天工业提供无与伦比的燃料节约。像这样的研发项目必须从零部件层面开始,可以“重新构想”轴承、齿轮、电机和驱动器,为未来的飞机生产提供一个更清洁、更高效的路线图。这些技术可以应用于其他领域,如汽车、工业机械、农业、采矿、包装和海洋应用。我们期待这一研究项目在全球范围内取得成果。

www.cleansky.eu

脱碳机场

机场处于引领整个价值链向气候中立运营过渡的前沿。例如,空中客车公司的“机场氢枢纽”概念将主要的机场生态系统参与者聚集在一起,以更好地了解未来飞机对氢基础设施的需求,并开发一种循序渐进的方法,利用氢对所有机场相关基础设施进行脱碳。

使用氢气为未来的飞机提供动力,不仅有望显著减少新历18luck官网飞机在空中的排放,还可以帮助地面航空运输活动脱碳。这样做的必要性是肯定存在的。事实上,机场控制的活动约占航空业总排放量的2-3%。这相当于全球每年约1500 - 2000万吨CO₂排放。

由于这个原因,机场现在开始重新考虑如何设计和操作基础设施,以减少总体环境足迹。一个有希望的选择是建立一个独特的机场生态系统,以氢为核心运作。

2020年,空中客车推出了“机场氢气中心”,以帮助机场反思如何做到这一点。这一概念旨在启动对未来氢燃料飞机基础设施需求的研究,以及整个价值链上的低碳机场运营。许多机场管理部门、航空公司和能源供应商已经签署了参与其中的协议。

机场是复杂的基础设施资产,依赖于多个系统、结构和利益相关者之间的深度相互依赖。例如,机场的地面运输不仅包括通过公共汽车与飞机之间的客运,还包括用于物流的重型车辆,如飞机拖轮和货运卡车。传统上,这些车辆是由化石燃料驱动的,这对机场的总排放量有贡献。新历18luck官网但氢可以大幅减少机场地面运输的排放。此外,机场需要大量的能源用于制冷和加热,这可以通过氢来减轻环境足迹。

现场生产(和液化)氢气也可能是机场满足其个人能源需求的一个有前途的选择。这一解决方案将消除进出场外氢生产设施的运输需求,从而进一步减少排放。这样,机场也可以成为未来以生产液态氢为核心的能源生态系统。

空中客车zero市场开发和航空关系经理Lionel Cousseins说:“机场在实现向气候中性航空运输生态系统的过渡方面可以发挥关键作用。”“机场的氢枢纽使我们能够与合作伙伴合作,确定今天的需求,因此我们可以为到2035年采用氢铺平道路。”

整个机场生态系统的伙伴关系

迄今为止,空客已经与两家航空公司客户签署了谅解备忘录(mou),以评估机场的氢基础设施需求。例如,与SAS航空公司的一份谅解备忘录目前正在调查未来混合动力、电动和氢燃料飞机的机场基础设施需求。该公司还与易捷航空签署了类似的合作协议。这两项研究的结果预计将于今年晚些时候公布。

但与航空公司的合作仅仅是个开始。

为了充分发挥氢的潜力,整个机场生态系统——机场当局、能源供应商和监管当局——需要团结起来进行合作。为此,空客与巴黎机场(ADP)和法国液化空气公司(Air Liquide)签署了一项联合伙伴关系,以更好地了解巴黎戴高乐机场(CDG)和巴黎奥利机场(ORY)的氢基础设施需求。

莱昂内尔解释说:“在空客,我们视自己为一个促进者。“这意味着我们希望把所有关键企业聚集在一起,确保我们有必要的基础设施,到2035年将我们的零排放飞机推向市场。”

空客预计将在2021年宣布与全球航空生态系统的主要参与者建立更多的战略合作伙伴关系。

www.airbus.com


《晴朗的天空,巨大的机遇》这篇文章发表在2021年10月《输变电工程》。新历18luck官网

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