空客A320NEO飞机的优点和节油分析

空客A320NEO飞机的优点和节油分析

张振

东方航空技术有限公司江苏分公司 江苏 南京210000

摘要：随着航空技术的发展，在日常工作中，A320NEO飞机越来越常见，所以它一定有独特的优势。都说A320NEO飞机节油，论文从其和A320CEO飞机的某些参数比较来分析A320NEO飞机的优点以及其节油的原因。

关键词：空客A320NEO飞机；优点；节油

前言：空客A320系列飞机是欧洲空中客车公司研制生产的单通道双发中短程客机，空客A320NEO系列飞机是空客A320系列飞机的改进机型，装配新型高效发动机和鲨鳍小翼。它采用最先进的技术，可以节省更多的燃油，减少碳排放，降低航空公司的运营成本，所以取得了市场的一致青睐。论文将详细分析空客A320飞机的优点和为什么节省燃油。

1空客A320飞机的优点

要明确两个概念：A320CEO（current engine option）和A320NEO（new engine option）。A320CEO（即A320传统引擎选项）可以选装以下两种发动机：CFM56-5B：这是一种由CFM国际公司（下称CFM）生产的双轴涡扇发动机，是A320经典版的标准发动机。V2500：这也是一种双轴涡扇发动机，由国际航空发动机公司（International Aero Engines）生产。

A320NEO飞机（即A320新引擎选型）可以选择以下两种发动机：PW1100G：这是一种由普惠公司生产的涡轮风扇发动机，使用了先进的减阻齿轮系统（Geared Turbo fan，GTF）技术。LEAP-1A：这也是一种涡轮风扇发动机，由CFM生产。LEAP共有三款型号，LEAP-1B和LEAP-1C分别为波音737MAX和中国商飞C919飞机提供动力。

2空客A320飞机节油的原因

如何更好地节约燃油成本，如何提高涡扇发动机的燃油效率，伤透了各大发动机厂商的脑筋。通常来说，要么驱动更多的低速空气，要么就提高核心机的温度。PW公司和CFM公司选择了两种不同的技术路线。PW采用了先进的减阻齿轮系统（Geared Turbo fan，GTF）技术。其技术原理如图1所示。GTF技术是一种新型的涡轮风扇发动机技术，把低压涡轮和风扇断开，中间加入一个3∶1定传动比的齿轮箱，让低压涡轮更快的转，装入更大但是转得更慢的风扇，这也就是为什么3级的低压涡轮可以推动12.5倍涵道比的超大风扇。这样使得风扇和压气机的转速分别优化，从而提高发动机的效率。传统的涡轮风扇发动机是直接将风扇和压气机连接在同一个轴上，它们的转速必须相同。3级低压涡轮转得如此之快，以至于它们工作起来功率非常充沛，而齿轮箱带来的另一个好处就是，低压压气机也可以非常快速地旋转，从而大幅提高了压气机效率，导致连高压压气机都省了2级。而总压比为50∶1远超Leap的40∶1。更加有效地利用发动机的能量，达到更高的燃油效率和更低的排放。此外，由于风扇转速降低，发动机的噪声也相应地降低了。GTF技术目前已经应用于多种飞机发动机中，包括A320NEO飞机选装的普惠PW1100G发动机和空客A220飞机选装的惠普PW1500G发动机等。普惠宣称，对比现有同级别的发动机，PW1000G对于油耗方面降低了10%-15%，排放的氮氧化物降低了一半，噪声也是呈现出明显降低。普惠还提出了PW1000G维护成本明显低于A320的V2500发动机。但对于业内人士而言，普惠认为最好的齿轮传动技术导致系统增加了复杂性，还可能会提高维护成本。

图1GTF技术的原理图

而CFM选择的是后者，提高核心机的温度。这就不得不提到这个堪称LEAP史上最神奇的黑科技——CMC（Ceramic Matrix Composites，陶瓷基复合材料）。由CMC锻造的涡轮部件“shrouds”只有原来金属合金材质部件的1/3重量，但强度却是原来的2倍，而且更为关键的是不需要再像传统部件那样需要源源不断的空气进行冷却（抗高温性提高20%），从而可以使得LEAP发动机既减重又节能。LEAP-1A的涵道比达到了11，对比CFM56发动机要高于两倍，在减少噪声和提升效率方面具有十分显著的效果。风扇的直径是78in，叶片的组合部分包含了十分先进的碳纤维复合材料，虽然18片的重量是76kg。若想全面减重，LEAP系列发动机的风扇叶片边缘运用的就是钛合金，叶片的主要材质采用的是复合型材料，如维编织树脂模传递成型技术（3-DWRTM）。采用这种技术制作而成的叶片不但具有很轻的重量，并且结构十分牢固，便于更好滴控制大型鸟的撞击，且制作成本还很低。LEAP系列发动机在风扇机匣方面也运用了复合材料，其包容性明显要比金属机匣更强，且不会遭受腐蚀，有益于维护，而发动机产生的减重效果非常显著。低压涡轮采取新一代三维气动设计，转子叶片运用的是非常先进的耐高温、重量轻的钛铝金属间化合物材料。低压涡轮导向器叶片运用的陶瓷基复合材料制作而成，其质量就是传统材料的一半，但能够抵御超过1200℃的高温，而且不用进行冷却，便于加工操作。

通过各种技术创新，LEAP发动机能够在CFM56-5B的条件下，能够有效减少油耗与排放的二氧化碳15%左右，氮氧化物的排放明显要低于国际民航组织（ICAO）的现行标准一半以上，对于维护性而言，CFM宣称了LEAP系列的发动机维护成本和CFM56相当。应对CFM56的可维护性进行充分考虑，LEAP系列发动机维护成本也要具有更低的水平。最后要说到的一点是，NEO飞机都将最新版的鲨鳍小翼作为标配。气流流过机翼表面时，在机翼上下表面形成的压力差产生了升力。因为机翼下方的压力大于上方的压力，空气又是流动的，就会造成下方的高压区气流绕过翼尖，到上翼面的低压区去捣乱。这样不但使机翼下表面气流的流线由翼根向翼尖偏斜，使机翼上表面气流的流线由翼尖向翼根偏斜，而且在机翼的翼尖部位形成了由下向上旋转的翼尖旋涡。这就是所谓的诱导阻力。那么如何减少诱导阻力的产生呢？NEO飞机开始采用鲨鳍小翼技术。鲨鳍小翼是一种安装在飞机机翼末端的翼尖装置，其外形与鲨鱼的鳍类似。鲨鳍小翼的设计可以改善机翼末端的气流流向，减少涡流的产生，从而降低阻力，提高升力，提高飞机的燃油效率。同时鲨鳍小翼可以增加飞机的稳定性和操控性，减少飞行中的颠簸和振动，降低噪声，提高飞行的安全性和舒适性。空客公司宣称使用鲨鳍小翼技术的A320NEO飞机可以每年节省约4%燃油消耗。

综合来看，A320NEO飞机相比于CEO飞机来说，的确是采用了不少新技术，在没有增加维护成本的情况下节省了约20%的燃油消耗，也减少了二氧化碳和氮氧化物的排放量，降低航空公司的运营成本和对环境的影响。由于节省燃油的缘故，A320NEO飞机的最大飞行距离比A320CEO飞机增加了600km，可以满足更广泛的航线需求。A320NEO飞机采用了先进的发动机和机翼设计，可以减少飞行时的噪声和振动，提高飞行的舒适性和稳定性。因此相比A320CEO飞机，A320NEO飞机具有更高的燃油效率、更远的航程、更低的噪声和振动以及更先进的技术，是一种更加先进和经济的窄体客机。当然更容易被市场所接纳，也取得了不错的销售成果。

结束语：

2022年7月1日，中国最大的三家航空公司南方航空、中国国航、中国东航合计采购A320NEO系列飞机共292架，合计购置金额将达372.57亿美元（约为人民币2491亿元）。中国大飞机C919采用了最新的LEAP-1C发动机，中国商飞公司也成功向中国东方航空交付全球首架C919大型客机。相信在技术日益发展的背景下，大飞机C919会取得良好的销售业绩，期待早日乘坐中国国产飞机翱翔蓝天！期待C919的未来更加广阔！期待中国的民航事业在未来能够更加繁荣，为国家的经济和人民的幸福做出更大的贡献！

参考文献：

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