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致力于推动发动机技术新发展
普惠公司技术与环境副总裁 艾伦•艾伯斯坦 本刊记者:金卯 2015-09-24

艾伦.艾伯斯坦博士为美国工程院院士、美国航空航天学会和美国机械工程师协会成员。现任普惠公司技术与环境副总裁,负责为普惠公司制定技术发展方向并协调技术在产品性能及环境影响方面的应用,他还负责为公司开发的所有新产品寻找和评估能够改善发动机性能与燃油效率的新方法。艾伯斯坦博士同时还对技术方面的投资、发展及应用提供战略性指导,帮助普惠减少全球产品及服务对环境的影响。艾伯斯坦博士著有科技论文140余篇,并在世界各地发表和完成近200场报告、主旨发言和特邀演讲。艾伯斯坦博士凭借其在热传导、涡轮机机械、仪表与控制、燃气涡轮机技术与微机电系统领域的研究屡获国际大奖,曾被美国机械工程师协会国际涡轮学院评为2003年年度学者。2015年6月,艾伯斯坦博士荣获美国机械工程师协会授予的航空发动机技术大奖。近期,《航空制造技术》对艾伯斯坦博士就关心的问题进行了专访。

本刊记者:您曾获燃气涡轮机技术领域的多项国际大奖,为推动发动机技术发展做出了突出贡献,请谈谈近年来您主要的关注点和工作重点。

艾伦.艾伯斯坦博士:加入普惠公司前,我在麻省理工学院(MIT)执教,培养年轻人和推动发动机技术是我的两个兴趣点。能够和一批来自世界各地最优秀的青年才俊共事,并帮助他们在航空领域取得进步是最令我自豪的成就。我有幸指导过一些来自中国的研究生,他们都非常优秀,我认为这也是对中国现代教育体系有效性的佐证。在麻省理工学院工作期间,我涉足的技术领域包括涡轮机机械仪表与测试技术、压气机与涡轮机空气动力学、发动机控制与微机电系统(MEMS)。微机电系统是指应用半导体制造技术,利用硅材料做出的硬币大小的微型涡轮机。和大多数案例一样,这一技术能够最终应用于产品上,通常都是曾经从事微机电系统研究的学生们努力将此思维引入业界的成果。

奠定了普惠公司静洁动力®齿轮传动式涡扇GTF)发动机系列成功基础的大量技术工作在我加入普惠之前就已完成。目前,所有的工作都围绕保障及时交付而展开。我所关注的重点是为新产品打造新的技术,那些将在2020年及更远的未来进入市场的发动机。我们正在设计第二代和第三代GTF发动机,与目前即将进入市场的GTF发动机相比,它们将拥有更为出色的燃油经济性和降噪、减排性能。我们正在开展的多项研究均令人振奋。我坚信我们有潜力提升喷气发动机的性能,使其在未来取得同过去50年中一样的累累硕果。让这一设想成真就是我在普惠从事技术工作的焦点。

本刊记者:在担任普惠技术与环境副总裁期间,您一直对技术发展方向和技术投资等方面提供指导。在普惠公司为行业带来变革性技术和产品的过程中,有哪些事情或者决定令您印象深刻?

艾伦.艾伯斯坦博士:我加入普惠后,有一件事给我留下了深刻印象:那就是普惠人在对待技术成熟度这一问题时的严肃,这一原则得到了公司每个层级的坚决贯彻,从最初级的工程师到最高级别的管理者无一例外。技术成熟度是指我们决不会把一种尚未经过真实环境验证的新技术应用到任何一个发动机项目上。这种假定你无法在发动机的研发过程中使用未经验证的新方案的严谨态度和上世纪传统发动机行业的做法大相径庭。我认为,正是这种一定要在产品推出前确保所应用的技术均成熟可靠的原则,造就了静洁动力系列发动机的顺利研发,也确保了我们可以兑现向客户的承诺。

我举两个截然不同的例子。第一个例子是关于风扇驱动齿轮系统,即整个发动机的核心:这个25兆瓦(MW)的齿轮系统传动效率超过99%,仅有小汽车轮毂大小,重量不到200公斤,无需保养可运转20年,在我看来,这是一个非凡的工程学成就。我们很早之前就认识到它是成功的关键,因此,在将其应用到产品之前,我们已针对该项技术开展了超过25年的研发投资。

第二个大为不同的例子和风扇叶片有关。在项目启动之前,大家都知道新的发动机将采用复合材料风扇叶片。但在项目启动时,我们并没有在发动机上使用适配尺寸的复合材料风扇叶片的经验。因此,根据我们的技术成熟度原则,我们需要准备一套备选技术方案,我们还必须透彻了解和掌握这套备选方案的工艺及其对发动机可能造成的影响。公司管理层严格执行技术成熟度原则,尽管耗资巨大,依然决定同时支持两套方案。在研发的过程中,我们认识到新的齿轮传动式结构为风扇叶片释放出了更大的设计空间,同时也为我们提供了第三套方案,也是我们之前从没探索过的方案——混合金属风扇叶片。这三套方案,我们都进行了投资和研究,令我意外的是,混合金属方案最终脱颖而出,它在性能、重量和成本各方面均被证明是最优秀的。这一全新的叶片技术即将在今年晚些时候,随着为空客A320neo系列飞机提供动力的PW1100G-JM发动机进入市场。

我还有很多这样的例子,为研发静洁动力发动机我们对超过50种新技术进行了成熟度验证。

本刊记者:中国也在研制自己的大涵道比航空发动机,作为国际上知名的航空发动机专家,请您谈谈发动机研制成功的关键有哪些?

艾伦.艾伯斯坦博士:当然,我对中国发动机项目的了解仅限于媒体公开报道的信息。关于发动机项目的研发进展情况是每个公司的专有信息,因此我只能根据我的经验来讲。

我认为从许多方面来看,发动机都比飞机更具挑战性。发动机的研发周期更长,制造难度也可能更大。抛开具体的技术细节,我认为诚信、透明和对质量不折不扣的重视对发动机项目的成功起着更为关键的作用。这三条原则也是普惠公司成功的法宝。

  • 诚信涉及整个企业及其员工和流程。这个公司是否做出了正确的、合规的决定,其员工能否为这些决定负责?对于一个产品会对飞行安全产生决定性影响的制造企业来说,必须依靠这个重要的原则来规范企业的行为。普惠公司重视诚信。员工的工作是否能够让他们感到自豪,并能按照最高专业标准来执行,即使面对巨大的时间和成本压力也不折不扣?普惠人就是这样做的。此外,公司流程、工程流程是否合理有效?这些流程有没有接受持续的评估和改善?我们投入了大量的精力持续评估和改进我们的工程流程。
  • 透明是指对公司内部和客户与监管机构的沟通工作。坏消息和好消息都必须得到及时的沟通。你不能害怕告诉老板坏消息。发动机的研发就是一个学习的过程。在研发的过程中我们会遇到数以千计的意想不到的情况,这些就是我们学习的机会,大多数问题都不算重大,有一些甚至更为细微。保证按计划推动研发进程的关键在于尽早开始学习、分享信息并及时采取行动。成功的企业都是暴露问题并快速改正的能手。
  • 质量同时涉及工程与制造两个方面。一个“微小”零件的详细设计方案和诸如风扇叶片这样高技术零件的设计方案同等重要。对质量的重视必须向下延伸至供应基础,直至最底层的单位。一台现代喷气式发动机由2万到4万个高技术零件组成,每一个零件都对发动机的性能、安全和可靠性至关重要。如果我们不能严格把控诸如几何与材料特性等关键参数的话,发动机的先进性能和经济性优势也将付诸东流。第1000台发动机必须和第100台发动机完全一致(除非做出了严格控制下的工程改进)。质量,是贯穿于整个企业的全职工作。

上述三原则在普惠过去90多年里的发展历程中发挥了重要的作用。它们共同支撑起了普惠公司的口号——可靠的发动机。这一概念在今天和90年前一样具有重要意义。

我相信中国拥有在未来跻身喷气发动机强国之列的人才和资源。我虽然并不清楚走完这个过程要多久,但领导层的支持肯定会发挥巨大作用,智慧和审慎的耐心也是必要的。

本刊记者:立足整个航空发动机行业,您如何看待未来发动机的发展方向?

艾伦.艾伯斯坦博士:自航空业发端伊始,发动机界就面临着提升燃油效率、可靠性和简化维护工作的需求,并藉此来帮助航空业通过廉价机票来获得发展并向公众提供更多的价值。上世纪6070年代,为改善机场周边居民的生活品质,业界又对发动机提出了降噪、减排的额外要求。作为回应,我们研发了新的发动机,今天的发动机的燃油消耗量仅相当于早期发动机的一半,并减少了对地面90%的噪音影响。我们还将不断在这些领域做出改善。目前,我们对发动机又增加了新的要求:在不放松传统要求的同时,减少航空业对气候变化的影响。

关于发动机未来的发展方向,是更好的燃气涡轮机还是诸如电池动力、核能或太阳能等新奇的发动机?我认为答案是第一个和最后一个方案的综合。今天的燃气涡轮机已成为地球上最高效的动力装置,这也是飞机和发电厂选择它们的原因。今年晚些时候即将进入市场的普惠GTF发动机将为商用飞机的动力领域带来巨大的改变。普惠GTF发动机是第一款齿轮传动式涡扇发动机,并成功实现了该项技术在提升燃油效率和降噪、减排方面的巨大潜力。尽管这款发动机已经取得了节省燃油消耗16%和减少两位数的二氧化碳排放与噪音影响的惊人成绩,但这仅仅是第一步。

第二项可能的创新是用从可再生资源中提取的人造燃料来取代今天所使用的化石航空燃料。换言之,就是把那些可能会通过其他方式逃逸到大气层中的碳经过可再生能源的处理,将其转化成喷气飞机的燃料。这一转化可经化学或生物手段予以实现。典型的可再生燃料来源包括垃圾或植物材料。植物材料就是生物燃料,我认为这是最具应用前景的方案。2011年中国国际航空公司在北京使用一架由普惠发动机提供动力的波音747飞机成功进行了航空生物燃油的验证飞行。此后,普惠公司向其所有的发动机颁发认证,同意最高按50-50的比例,使用由多种生物燃油与传统航空燃油调和而成的混合燃料。随着使用经验的累积,我们预计未来还会进一步提高生物燃油的可允许配比。由于所有的能源都来自太阳,我们自然也可以说这是靠太阳能驱动的飞机!我认为使用齿轮传动式涡扇发动机依靠生物燃油来为飞机提供动力将成为航空业在未来30年的趋势。

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