上周，空中客車公司在法國圖盧茲舉辦了第三屆峰會，分享了其通過創新設計、先進技術和新穎工程實現未來飛行的最新進展。
這一愿景的關鍵是開發開放式風扇發動機架構，這可能有助于為下一代單通道飛機提供動力，該飛機也可能包含可折疊機翼和混合動力電池。在峰會的“未來飛機的開創性技術”會議上，通用電氣航空航天公司高級副總裁兼首席技術和運營官穆罕默德·阿里(Mohamed Ali)與空中客車公司推進工程高級副總裁弗蘭克·哈塞爾巴赫（Frank Haselbach）一起討論了開放式風扇技術如何在商用航空的燃油效率和耐用性方面帶來重大變化。阿里指出，在過去的70年里，商用噴氣發動機的效率取得了長足的進步。他說：“如果你仔細想想，我們目前在CFM的最新發動機CFM LEAP的燃油消耗比其標志性的前身CFM56發動機好15%。然后CFM56本身比其前身好15%到20%。”。
然而，盡管發動機設計的所有改進都導致了燃料燃燒的減少，但商用噴氣發動機的形狀幾乎沒有變化。正如哈塞爾巴赫所指出的那樣，該行業正處于十字路口。它可以通過開發更多的超高旁通比涵道發動機來做一些進化。他說：“或者我們實際上可以看看更有價值、更有挑戰性、更有革命性的東西。”。“這是開放式風扇（Open Fan）。”
什么是開放式風扇？
開放式風扇是一種發動機架構風格，旨在提供與當前噴氣發動機相同的安全性、速度、噪音和功率，同時顯著減少燃料使用和碳排放。它將如何做到這一點？通過去除傳統上包裹發動機的“管道”。
CFM International是通用電氣航空航天公司和賽峰飛機發動機公司各持股50%的合資公司，正在開發開放式風扇（又名未經改裝）發動機架構，作為可持續發動機革命性創新（RISE-Revolutionary Innovation for Sustainable Engines）技術開發和示范計劃的一部分。RISE計劃于2021年推出，正在推進技術，以支持未來的飛機發動機，該發動機的燃油效率比目前的商用發動機高20%，同時滿足客戶對耐用性和可靠性的期望。
CFM的Open Fan工程團隊對這種新架構在提高燃油效率的同時，也旨在與可持續航空燃料（SAF-Sustainable Aviation Fuel ）和混合動力電動系統等替代燃料合作抱有很高的希望，這是兩家公司目前正在采取的另外兩項關鍵舉措，以支持該行業減少飛行排放的努力。
開放式風扇如何改變飛行的未來？
阿里說：“下一個變化，燃料燃燒的下一個改進，使其達到20%左右，如果不從根本上改變發動機的形狀，就不可能發生。這只是物理定律。”。
這是因為“旁通比”。為了提高燃料燃燒和效率，通常的方法是讓發動機的風扇更大。風扇吸入空氣并將其拋到發動機后部，以產生更大的推力。但在這個過程中，一部分空氣最終會與燃料一起燃燒。理想情況下，與燃料一起燃燒的“旁通”空氣量應盡可能高，以提供推力——旁通比。
CFM International對安裝在商用噴氣機機翼上的開放式風
扇發動機的概念渲染。不代表任何確定的未來飛機配置。
70年前，噴氣發動機的旁通比約為2:1。今天大約是11比1。但正如阿里所指出的，工程師們不能繼續遵循同樣的公式來提高這一比率，因為管道會變大以支撐更大的風扇，從而產生阻力，降低燃料燃燒效益。他說：“有一點離我們今天的位置不遠，那就是這個管道太大了，它抹去了讓風扇變大所帶來的任何收益。”。
這就是開放式風扇的用武之地。通用電氣航空航天公司目前的設計旨在將旁通比從11比1提高到60比1。阿里補充道：“與我們今天的情況相比，這是零分之六。”。“這是我們非常激動和興奮的燃料燃燒機會。”
測試，測試：打開風扇通過步伐
到目前為止，RISE項目已經完成了250多項關鍵現場測試。阿里特別指出了兩個風洞試驗，模擬了開放式風扇和機翼的集成。賽峰飛機發動機公司在法國國家航空航天研究中心ONERA運營的設施中完成了前300多個小時的測試，該設施位于“世界上最大的風洞”中，使用五分之一比例的開放式風扇模型以巡航速度運行。隨后，與荷蘭DNW合作進行了第二組測試，在低速下模擬飛機起飛、爬升和下降過程。
阿里稱這些結果“非常令人鼓舞”，不僅在驗證性能和噪聲方面，而且在通用電氣航空航天公司在美國能源部橡樹嶺國家實驗室維護的世界上最快的超級計算機之一Frontier的幫助下進行的計算分析方面。去年11月，該公司宣布了一個與波音、美國國家航空航天局和橡樹嶺合作的新項目，利用超級計算在模擬飛行條件下研究安裝在飛機機翼上的開放式風扇架構的空氣動力學。
他說：“通常，當你得到計算結果并將其與風洞[測試] 進行比較時，兩者之間存在差異。你花了很多時間來協調。”。但在這種情況下，“沒有和解”。他補充道：“這些超級計算機在模擬未來方面的能力是前所未有的。”
開式風扇的后續步驟
阿里解釋道：“我們正在進行大量測試，以驗證耐用性、振動、耐力和攝入。”。“我們不僅對開式風扇（Open Fan）進行了所有這些測試，而且還有許多其他技術是RISE計劃的一部分，這些技術都是風扇背后的技術，無論是更先進的核心技術還是混合動力技術。”
事實上，RISE項目團隊正在重新設計一個輕量級的緊湊型核心，其中容納了發動機的壓縮、燃燒和高壓渦輪模塊，以使其更小并優化熱效率，采用先進的冷卻系統和能夠承受極高溫度的材料。該核心正在測試與下一代燃料的兼容性，包括未混合的SAF和氫氣，以及與通用電氣航空航天公司目前與美國國家航空航天局合作開發的混合動力系統的兼容性。
一起飛翔
提高飛行效率的挑戰不是由一項發明或一家公司解決的。這是關于全行業的創新和合作。
阿里說：“這一切都是為了我們將在本十年晚些時候與空中客車公司聯合進行的演示飛行。”。他承認CFM和空客之間的“強有力的合作伙伴關系”，并補充道：“這實際上反映了技術希望我們做什么，即發動機和飛機之間更深入、更好的集成。”
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原文，《The Shape of Things to Come: Open Fan Technology Championed at Airbus Summit 2025》 2025.4.3
補充圖片
空中客車A380用于測試飛機機翼下安裝的開放式風扇發動機等新型推進系統。CFM正在通過其RISE計劃進行廣泛的技術創新。
楊超凡 2025.4.16
