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Spirit對能夠承受更高溫度的復(fù)合材料吊艙零件特別感興趣。
吊艙原始設(shè)備制造商正將工程工作重點放在減輕重量和阻力上，同時提高耐用性和可持續(xù)性。事實上，發(fā)動機(jī)吊艙是高維護(hù)項目，特別是在涉及傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)時。
Vallair航空結(jié)構(gòu)和MRO服務(wù)銷售經(jīng)理史蒂夫·派克（Steve Pike）表示：“我們看到（普惠）V2500、（CFM國際）CFM56、（勞斯萊斯）Trent 700和（普惠]）PW4000發(fā)動機(jī)的許多吊艙零件，包括風(fēng)扇罩門、進(jìn)氣罩、推力反向器、常見噴嘴組件及其零部件。”。“我們經(jīng)常收到需要進(jìn)行檢查的吊艙，其聲學(xué)襯里出現(xiàn)分層、腐蝕、密封件損壞或磨損、軸承和襯套磨損、致動器損壞、多層油漆剝落以及隔熱毯損壞或破裂。”
通常，發(fā)動機(jī)吊艙由四個基本部件組成：進(jìn)氣口，這是一個空氣動力學(xué)和聲學(xué)關(guān)鍵部件；風(fēng)扇罩；推力反向器；以及發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)。漢莎技術(shù)公司吊艙產(chǎn)品工程師克里斯托夫·蘇拉（Christoph Sura）表示，復(fù)合材料在整個吊艙組件中的應(yīng)用越來越多，特別是在進(jìn)氣罩、風(fēng)扇罩門和推力反向器中。
推力反向器越來越多地被設(shè)計為實現(xiàn)更輕的重量和更低的零件數(shù)量
他說：“復(fù)合材料是使吊艙零件在機(jī)翼上保持更長時間的主要材料趨勢，因為與金屬相比，它們更不容易腐蝕。”。“然而，鋁等金屬仍在使用，需要特別注意材料的組合方式。例如，鋁和碳纖維的解耦可以防止它們的電勢差引起的腐蝕。”
原始設(shè)備制造商將復(fù)合材料視為關(guān)鍵成分，熱塑性復(fù)合材料似乎是新興的首選材料。
柯林斯航空航天公司工程與技術(shù)副總裁史蒂芬里·迪恩（Stephane Dion）表示：“下一代熱塑性塑料是目前復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的重點。”。“使用熱塑性塑料，省去了熱壓罐，制造過程更清潔、自動化，材料可以回收利用。”
他強(qiáng)調(diào)了柯林斯對熱塑性塑料的承諾，并指出，2021年11月，原始設(shè)備制造商收購了荷蘭熱塑性組件公司，這是一家總部位于荷蘭的熱塑性復(fù)合材料專家，柯林斯正在將其與位于加利福尼亞州里弗賽德的合作與技術(shù)中心合并。
迪恩引用了風(fēng)扇罩作為熱塑性塑料應(yīng)用的一個例子。
中國商飛C919的Mid River吊艙包括一個定向流噴嘴除冰系統(tǒng)。（補(bǔ)充說明：C909-ARJ21的吊艙也是Mid River設(shè)計、制造的）
他說：“在那里，目標(biāo)是通過使用更耐用的下一代熱塑性塑料，實現(xiàn)更輕的重量和更大的堅固性。”。“此外，熱塑性塑料能夠設(shè)計無縫、完全集成的結(jié)構(gòu)，最大限度地減少緊固件和配件的數(shù)量，而無需多個螺栓。”迪恩指出，柯林斯為A320neo和灣流為其新型G400公務(wù)機(jī)提供的吊艙中都使用了熱塑性材料。
柯林斯還將推力反向器視為架構(gòu)變革的候選者，因為它有許多運(yùn)動部件和大型驅(qū)動系統(tǒng)。為了解決這個問題，迪恩表示，原始設(shè)備制造商正在轉(zhuǎn)向全電動驅(qū)動，而不是液壓驅(qū)動，以實現(xiàn)更輕的重量。他解釋說：“隨著當(dāng)今高旁通比發(fā)動機(jī)產(chǎn)生更大的阻力，對反向器推力效率的需求減少，因此可以用更少的運(yùn)動部件簡化設(shè)計。”。
迪恩指出，對于排氣系統(tǒng)，柯林斯正在研究陶瓷作為鈦的替代品，盡管這種材料的成本更高，但重量更輕。
Spirit吊艙設(shè)計和動力裝置集成高級技術(shù)研究員大衛(wèi)·里奧丹（David Riordan）表示，減少零件數(shù)量和增加復(fù)合材料使用是令人感興趣的。他說：“對于所有吊艙零件，能夠承受更高溫度的復(fù)合材料尤其令人感興趣，因為隔熱毯和防火毯的厚度可以減小，或者在某些區(qū)域可能被消除。”。
里奧丹說，沿著這一思路，復(fù)合材料在傳統(tǒng)上由鈦制成的零件上的應(yīng)用已被用于提供防火邊界和潛在的成本降低機(jī)會。
他指出：“耐腐蝕、表面高度拋光的先進(jìn)鋁合金也是吊艙應(yīng)用的新材料。”。
里奧丹說，復(fù)合材料的廣泛使用也緩解了腐蝕問題。盡管如此，他強(qiáng)調(diào)，金屬部件的保護(hù)涂層已經(jīng)成熟到“在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，腐蝕不應(yīng)該是一個重大問題”.
傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)發(fā)動吊艙比新技術(shù)、高度復(fù)合材料更需要維護(hù)
當(dāng)被問及在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生故障時，吊艙的密封能力是否有任何進(jìn)展時，里奧丹說，結(jié)構(gòu)設(shè)計分析方法已經(jīng)發(fā)展到可以在吊艙設(shè)計中考慮到不受控制的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子故障的動態(tài)影響的程度。他說：“此外，通過適當(dāng)選擇材料，包括預(yù)制碳復(fù)合材料部件中的鋪層，可以將局部結(jié)構(gòu)沖擊損傷水平降至最低。”。
里奧丹說，展望未來，隨著對超高旁通比（UHBR- ultra-high-bypass-ratio）發(fā)動機(jī)的關(guān)注度越來越高，將更加重視設(shè)計一種提供相稱性能的吊艙。
他解釋說：“UHBR發(fā)動機(jī)吊艙的物理尺寸也更加強(qiáng)調(diào)空氣動力學(xué)贅生物阻力。”。“因此，有助于消除和/或減少結(jié)構(gòu)接口處的步驟和間隙的制造工藝技術(shù)引起了人們的關(guān)注。”
里奧丹指出，作用于主發(fā)動機(jī)和副發(fā)動機(jī)排氣流的推力反向器“在動力裝置的重量和成本中占很大比例”。“如果發(fā)動機(jī)（旁通比）進(jìn)一步增加，可能需要變槳距風(fēng)扇或變面積風(fēng)扇噴嘴的技術(shù)。前者作為技術(shù)發(fā)展更具吸引力，但后者在技術(shù)準(zhǔn)備方面可能更先進(jìn)。”
吊艙制造也受益于即將到來的技術(shù)。例如，里奧丹指出了近凈形狀制造工藝，如增材層制造、熱等靜壓和熱淬火成型。他說：“所有這些都被視為減輕重量和降低成本的潛在候選者。”。
隨著對化石燃料替代品的研究不斷深入，里奧丹警告說，液氫動力（LH2）飛機(jī)的開發(fā)將給吊艙制造商帶來新的挑戰(zhàn)。他說：“設(shè)計要求，特別是與消防安全有關(guān)的要求，尚未被行業(yè)完全理解。”。“系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的相互作用也將影響LH2的吊艙設(shè)計概念。Spirit正在積極投資這一技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。”
Mid River Aerostructure Systems（MRAS）工藝工程和復(fù)合材料運(yùn)營總監(jiān)特里·韋恩斯（Terry Vernes）表示，原始設(shè)備制造商已將先進(jìn)的復(fù)合材料設(shè)計和分析應(yīng)用于為通用電氣航空公司的GEnx-2B發(fā)動機(jī)提供的推力反向器，該發(fā)動機(jī)為波音747-8提供動力。他說：“當(dāng)應(yīng)用于精密、復(fù)雜的吊艙組件時，結(jié)果是一個高度可靠、重量輕、聲學(xué)高效的吊艙系統(tǒng)。”。
具體來說，推力反向器包括一個整體式、單固化、石墨環(huán)氧樹脂、內(nèi)部固定結(jié)構(gòu)，韋恩斯說，這是對上一代推力反向器設(shè)計中使用的三件式金屬和預(yù)固化雙馬來酰亞胺結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。他說：“由此產(chǎn)生的概念大大減輕了重量和所需的連接硬件數(shù)量，并使現(xiàn)場維修更加容易，從而降低了總體擁有成本。”。
韋恩斯指出，減輕重量、減少阻力和降低噪音是優(yōu)化吊艙設(shè)計的目標(biāo)。作為一個例子，他引用了為CFM Leap 1C開發(fā)的吊艙MRAS，該吊艙為中國商飛C919客機(jī)提供動力，最近獲得了中國民用航空局的認(rèn)證。
韋恩斯說：“吊艙有一個定向流噴嘴除冰系統(tǒng)，可以更有效地在進(jìn)氣唇內(nèi)旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)引氣。”。“這通過減少使用短笛管分配熱空氣的舊除冰系統(tǒng)的大量硬件來降低吊艙的重量。”他解釋說，與短笛管系統(tǒng)相比，定向流噴嘴除冰系統(tǒng)提高了效率，并由于其復(fù)雜性降低和需要維護(hù)的硬件數(shù)量減少而提高了可維護(hù)性。
韋恩斯表示，MRAS還在減阻方面做出了“重大努力”，特別是在其與賽峰短艙公司的Nexcelle合資企業(yè)框架內(nèi)開發(fā)的吊艙，用于為龐巴迪的遠(yuǎn)程Global 7500和Global 8000公務(wù)機(jī)提供動力的GE Aerospace Passport發(fā)動機(jī)。他指出，這是通過吊艙臺階和間隙的非常嚴(yán)格的公差實現(xiàn)的，包括主要面板和組件之間的定位和間距間隙。
他說：“通過盡量減少臺階和間隙，吊艙的空氣動力學(xué)得到了優(yōu)化，從而減少了阻力。”。“此外，通過吊艙從氣流路徑中逸出的空氣損失減少，從而提高了運(yùn)行效率。”
吊艙組件還廣泛使用了復(fù)合材料以減輕重量，包括便于檢查和維護(hù)發(fā)動機(jī)的大型兩件式風(fēng)扇罩門，以及一個360英尺長的單件式延伸內(nèi)筒，該內(nèi)筒集成了先進(jìn)的聲學(xué)保護(hù)，可降低發(fā)動機(jī)噪音。
Passport吊艙的其他MRAS提供的組件是其一體式鋁制入口唇，用于減少空氣動力學(xué)阻力，以及使用定向流噴嘴概念的創(chuàng)新防冰系統(tǒng)。
韋恩斯說，降噪是通過對復(fù)合材料表面進(jìn)行聲學(xué)處理來實現(xiàn)的。這包括單自由度襯墊，它是一種夾芯板，面板粘合在蜂窩層上，由背板封閉。雙自由度襯墊由兩個芯層制成，由一個頂面板、兩個蜂窩層、一個多孔隔膜和一個背皮組成。韋恩斯強(qiáng)調(diào)：“吊艙內(nèi)可以進(jìn)行聲學(xué)處理的內(nèi)表面越多，降噪效果就越好。”。
原文，《Nacelle Advancements Seek Greater Durability, Sustainability》 2022.11.3
感 言
渦扇發(fā)動機(jī)吊艙（nacelle）屬于動力裝置的一個組件。它不在機(jī)體結(jié)構(gòu)件的范圍中。C929將要換裝國產(chǎn)發(fā)動機(jī)，勢必吊艙也得自己設(shè)計、制造。