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JAXA指引日本航空工业未来发展方向

时间:2018-11-14 13:13来源:看航空 作者:中国航空

 

日本在民用航空研究方面的投资尽管与空间系统支出相比不算多,但在支持本国航空航天工业方面取得了坚实的成果。但航空业正在发生变化,日本航空航天局(JAXA)正在研究如何适应这种变化。

日本对现有航空产业的支持仍在继续(例如发动机研究),但JAXA正密切关注新兴领域,如飞机电气化、集成仿真、先进材料和人工智能,以及这些技术如何融合,以开拓新市场。日前,JAXA正在加强数值模拟、复合材料和推进等方面的基础研究。JAXA已经创建了一个部门,负责包含航空各个方面的系统级研究,JAXA航空创新中心正在进行排放等领域的多学科研究。

JAXA支持日本工业界参与国际项目最明显的例子就是发动机市场。以石川岛播磨(IHI)和川崎重工(KHI) 为首的公司是通用电气、普惠和罗罗等公司生产的商用涡扇发动机的风险分担合作伙伴,他们参与低压系统研制。日本为国际航空发动机公司(IAE)V2500发动机提供低压转子是建立在20世纪70~80年代在FJR项目下开发的技术基础上。

2015年,JAXA启动了aFJR项目,以期在高效轻质风扇和低压涡轮技术方面更进一步。aFJR的目标是提高风扇空气动力学效率至少1%,并减少发动机整体重量约10%。该项目将验证层流风扇、碳纤维空心叶片和轻质金属盘以补偿超高涵道发动机风扇直径的增加,以及耐热陶瓷基复合材料(CMC) 叶片,以减轻驱动更大风扇的低压涡轮重量。作为aFJR的后续,JAXA已经启动了En-Core先期项目,以验证高压部分的技术。目标是通过扩大对发动机核心机的参与,使日本工业界的市场份额超过目前的6.6%。En-Core将专注于两种技术:一种是极低氮氧化物(NOx)排放的贫油燃烧室,另一种是高温、高效、高压涡轮。

JAXA还启动了DANTE项目, 以改进设计和分析技术,为国际联合开发低二氧化碳排放的下一代发动机做准备。JAXA表示:“我们的目标是展示下一代喷气发动机的概念,使燃油效率比最新一代发动机提高2%。”此外,DANTE还将开发小核心超高涵道比发动机的高性能多级高压压气机技术,目标是在稳定的工作范围内达到所要求的气动性能。该项目还将设计一个进气口, 以有效抑制下一代发动机较短短舱的噪声。DANTE项目还将推进碳纤维多尺度分析和CMC失效模拟技术,开发用于未来发动机的复合材料旋转部件设计所需的疲劳寿命预测能力。

JAXA在关注传统燃气轮机技术的同时,也将目光转向飞机电气化。在2012年至2015年的Feather项目下, 该机构使用锂离子电池和1台4冗余度电动机驱动的钻石HK36电动滑翔机进行了试飞。该有人驾驶验证机可以通过使用螺旋桨和电动机作为再生空气制动系统来控制下降速度。2019年, 在与德国航空航天中心(DLR)的联合项目下,JAXA的多路复用电动机系统将在HY4上进行飞行测试。

在Feather项目之后,JAXA于2015年启动了零排放飞机项目。JAXA试图用高效、低排放的发电机替代涡轮发电机,这种发电机将固体氧化物燃料电池(SOFC)和燃气轮机结合在一起。涡轮燃烧喷气燃料以产生SOFC所需的高温运转温度,SOFC燃烧氢气发电。

从更近期的角度来看,JAXA在2018年7月份与IHI、KHI、斯巴鲁、日立、三菱和日本经济产业省合作,发起了“飞机电气化挑战”(Eclair)联盟。Eclair的目标是在短期至中期实现小型飞机电气化,远期实现客机电气化,并计划在2018~2024年开发对两种飞机都至关重要的技术。

日本航空工业潜在的国际合作另一个领域是超声速民用运输。JAXA已经提出了1个36~50人的小型超声速客机概念。该机巡航速度为1.6马赫, 航程超过3500海里(6482千米)。但业界希望在此过程中发展起来的技术将使工业界能够首先开发超声速喷气公务机。

日本的超声速运输研究领域包括减少超声速运输机的声爆、起飞和着陆噪声、阻力和重量。2015年,亚尺度静音超声速概念模型在瑞典进行了高空抛放测试,验证了JAXA的低声爆设计理念。JAXA将继续研究超声速自然层流机翼以减少阻力,以及可变发动机喷嘴以减少机场噪声。

日本的超声速研究为制定民用超声速飞机机场噪声和声爆认证标准的国际努力提供了数据。为此,JAXA于2017年与法国的Onera和德国的DLR签署了一份为期3年的协议,三方将合作进行声爆研究。此外,JAXA已经与美国国家航空航天局(NASA)合作, 而欧洲正与俄罗斯合作。

JAXA的亚声速研究包括Fquroh项目。在这个项目中,JAXA对起落架和后缘襟翼降噪装置进行了飞行测试,以减少进近噪声。

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