未来20年我国航空科技8个重点项目部署!涉复合材料、新能源飞机
时间: 2025-01-06 16:57:01 | 作者: 爱游戏唯一官网
等人依托中国工程院咨询项目“中国工程科技未来20年发展的策略研究”,发表。从民用飞机、航空动力、机载系统、空管系统4个方面出发,总结了世界航空工程科技发展形态趋势,梳理了我国航空工程科技发展现状,论证提出了未来20年我国航空工程科技发展构想,着重阐述了超声速客机、高速旋翼机、新能源飞机、混合电推进系统、新一代空管技术、智能化客机技术、全复合材料航空发动机技术、复合材料智能修复技术等未来项目部署的重点方向。
飞机是20世纪最重要的发明之一,种类慢慢的变多、性能逐步的提升、应用更为深入。从航空工程科技的研究视角看,民用飞机、航空动力、机载系统、空管系统是主要的技术组成部分,可据此梳理世界航空工程科技的进展与格局。
在干线代表着世界领先水平;在支线系列客机是典型产品;在直升机领域,H-160、卡-62、S-92等是世界领先水平的机型;在通用飞机领域,以湾流 G650、庞巴迪环球7500为代表的高端公务机,飞行速度和航程进一步提升,舒适性更好,设置了操作友好的人机环境和“玻璃座舱”,深受市场欢迎[5] ;西锐SR22甚至采用了整机降落伞技术以提高安全性。为提高飞行的环保性和便捷性,电动垂直起降飞机(eVTOL)成为新的发展热点,如亿航智能技术公司研制的EH216-S取得型号合格证并获得50架订单。
在航空动力方面,通用电气航空航天公司(GE Aerospace)公司的GE9X、普惠公司的PW1000、罗罗公司的遄达XWB、赛峰集团的LEAP系列发动机是先进民用发动机的代表产品。为满足未来客机应用需求,赛峰集团、GE公司联合开展“可持续发动机革新技术”(RISE)演 示验证计划,以一系列新技术推动下一代窄体客机用动力系统的研发。RISE计划采用开式风扇发动机架构,综合混合电推进系统、紧凑型核心机、先进复合材料等,在大幅度的提高动力系统效率的基础上,实现更多飞机部件系统的电气化,提供与当前干线飞机相近的飞行速度和环境体验。
到2030年,C919、ARJ21、MA700、小型电动飞机实现产业化,CJ1000A 发动机完成适航取证,实现航空发动机、机载系统的系列化发展;构建超声速客机、高速旋翼机、新能源支线飞机、新一代空管系统、智慧民航等领域的关键技术体系,形成航空工程科技自主创造新兴事物的能力,建成创新引领、集约高效的现代航空工业体系。
到2040年,C929、超声速客机、高速旋翼机、新能源支线飞机的研制生产基本完成,航空产品技术水平、市场竞争力与世界航空强国基本相当;世界一流的现代化综合机场体系、空中交通管理体系、航空装备技术体系、航空运输服务体系、航空安全管理体系全面建成,航空运输核心装备和关键技术达到国际一流水平;AI技术在航空领域得到普遍应用,航空工程科学技术水平与创造新兴事物的能力进入世界前列。
20世纪投入运行的“协和”、图-144等第一代超声速客机,显著缩短了洲际航线的旅行时间,但在环保性、舒适性、经济性方面有一定的问题而致提前退役。然而,快速、远程飞行的需求始终存在,新型超声速客机依然有发展价值。传统航空强国慢慢的开始研究新一代超声速客机,预计2030年前后投入到正常的使用中,将支持形成新的经济增长点。为了抢占未来航空工程科技的技术制高点,我国也需要加快开展超声速客机技术研究。
主攻方向为:在气动/声爆多物理场耦合优化设计、宽速域/低声爆/高效气动布局设计与优化、人工视野驾驶舱与沉浸式全景客舱设计、宽速域高效进气道设计、大长细比/高压差机身结构设计及综合优化等方面取得技术突破,开展全尺寸验证机技术飞行试验,为研制Ma1.8、航程不低于8000 km的超声速客机提供关键技术储备。
旋翼机不依赖机场、使用灵活,但存在飞行速度慢、运输效率低的不足。高速旋翼机(巡航速度400 km/h)将明显提高旋翼机的飞行速度和运输效率,成为航空领域的研制热点,有望取代多种常规直升机,引领直升机产业升级换代。把握技术发展机遇、系统开展高速旋翼机技术探讨研究的需求非常迫切。
主攻方向为:在高速旋翼机构型、共轴刚性旋翼总体设计、倾转旋翼总体设计、高速旋翼机动力学等方面取得技术突破,完成高速旋翼机原型机的研制和试飞,实现直升机技术的跨代发展,为提高我国直升机的国际市场竞争力筑牢科技基础。
新能源飞机大致上可以分为电动飞机、氢能飞机。得益于“双碳”目标的推动,氢能作为清洁能源将助力深度脱碳,促进航空业变革转型。国外研究机构纷纷布局氢能飞机,航空发动机制造商也积极开展氢能航空动力研发,其中燃氢涡轮发动机是研究重点。发展新能源飞机,是响应世界航空运输业绿色低碳升级的迫切需要、实现航空制造业高水平发展的必然选择。
主攻方向为:开展氢燃料电池、分布式电推进系统、氢涡轮发动机、低温氢燃料储存运输系统、新能源飞机结构与气动布局、新能源飞机运营保障系统等关键技术探讨研究;研制新能源通用飞机和新能源支线飞机,提升安全性和经济性,为航空工业向新能源转型确立技术基础。
混合电推进系统指通过传统的燃气涡轮发动机带动发电机发电,为分布在机翼或机体上的多个电动机提供电力,再由电动机驱动风扇/螺旋桨提供飞机推力的一种新概念推进系统。主要优势是改善飞机的气动结构、大幅度提高等效涵道比、提升气动效率、降低油耗、减少噪声和排放。与纯电、氢燃料电池动力系统相比,混合电推进系统具有更大的输出功率,可满足支线飞机、窄体客机、多电飞机对动力性能及电力供应的需求。目前,混合电推进系统已成为航空动力技术的发展热点之一。
主攻方向为:突破混合电推进关键技术,完成兆瓦级混合电推进系统的工程研制;实现混合电推进系统的系列化发展,构建批量交付和运维能力,为新一代支线飞机、窄体客机提供先进可靠的动力技术储备。
民航运输业快速地发展,大量低空飞行器投入到正常的使用中,导致空中交通规模与复杂度显著超出当前技术架构确定的运行模式所具有的极限容量。发展新一代空管技术,才能实现由“以人为中心”运行模式向“以机器为中心的自治型”运行模式的转变。新一代空管技术是支撑航空运输能力一直增长、促进低空经济持续发展、维护空域安全并提高运输效率的关键技术。
主攻方向为:在地空宽带通信、民航飞联网、航迹协同运行、空管自主运行、有人/无人驾驶航空器混合运行管控等方面取得技术突破,构建透彻感知、泛在互联、智能协同、开放共享的智慧空管体系。驱动智慧空管体系成为智慧民航建设的先行示范、数字民航建设的先导产业,为交通强国、航空强国建设提供有力支撑。
AI技术与应用发展迅速,为航空工程科技发展带来了重要机遇,如 AI 技术在飞机设计、制造、试飞、运营等关键环节上开始获得应用。开展智能化客机技术探讨研究,将加快民用飞机智能化进程,进而提高民用飞机的综合性能和市场竞争力。
主攻方向为:在智能辅助驾驶、智能起降、智能防撞、智能化客舱、智能维修保障、智能健康安全监测等方面取得技术突破,提高客机的安全性、舒适性、智能化运营能力,改善维修保障效率,降低航空公司经营成本并提高盈利能力。
未来的绿色环保型飞机对航空发动机提出了更大推力、更低耗油率的性能要求,而在传统材料体系下航空发动机已临近“技术天花板”且难以获得进一步的性能提升。陶瓷基、金属基复合材料加快速度进行发展,应用场景范围从机匣、风扇叶片等低温部件向涡轮盘、燃烧室等高温部件拓展;合理预计,未来航空发动机的各主要部件均可由复合材料制造。研制全复合材料航空发动机,将充分的发挥复合材料轻质耐高温、性能可设计的优势,支撑动力性能的跨越式提升。
主攻方向为:突破航空发动机复合材料设计和制备技术、复合材料发动机设计与制造技术,建立复合材料航空发动机的整机和构件使用标准、评定方法及准则,形成全复合材料航空发动机的研制体系,为研制更高性能的航空动力产品提供关键支撑,逐步提升航空发动机的综合性能。
先进客机、直升机、公务机、无人机的复合材料用量一直增长,对复合材料结构维修的需求迅速增加。AI技术的应用,能大大的提升复合材料故障诊断效率、快速拟定维修方案、对维修效果作出更准确的评价,来提升维修效率、飞行安全性和可靠性,对提高航空运输系统的安全性和运行效率具备极其重大价值。
主攻方向为:突破飞机复合材料快速智能维修涉及的检测、修复、评价等技术,自主建立航空复合材料设计‒检测‒工艺‒评价一体化的智能修复体系,明显地增强飞机复合材料的维修和保障能力
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