
【据《航空周刊》2025年12月16日报道】普惠正全面推进下一代军民用飞机与导弹推进技术,重点布局旋转爆震发动机、自适应循环发动机、混合电推进及氢燃料等前沿领域,以应对日益激烈的全球竞争并重塑技术领先地位。
一百年前,普惠创始人Frederick Rentschler曾忐忑地目睹公司首台往复式发动机点火运转。若能看到公司今日之貌,他定会惊叹不已。
如今,这家全球动力巨头早已脱胎换骨。回溯其首款突破性产品——气冷式R-1340"黄蜂"星型发动机,其原型机仅由六名工程师和二十名车间人员在康涅狄格州一家四处透风的旧汽车厂内,耗时九个月便研制成功。
然而,步入2020年代后半程,世界格局已截然不同。作为RTX航空航天与防务集团的核心成员,普惠及其重要分支普惠加拿大正面临来自国内外日益激烈的全方位竞争——从大推力的军用发动机到小型的涡桨发动机均不例外。
公司正全力通过齿轮传动涡扇发动机(GTF)重振其在商用发动机市场的昔日主导地位,同时其防务部门也在加速创新,以应对军用产品线上层出不穷的挑战者。
值此第二个百年开启之际,普惠将走向何方?其发展路径如何?尽管未来难以精确预知,但公司对燃气涡轮技术的根本信念依然坚定。在可预见的未来,普惠认为以布雷顿循环为核心的吸气式喷气发动机仍有巨大发展空间。
然而,与所有同行一样,普惠正不断探索进一步提升燃气涡轮发动机热力学效率与推进效率的路径。公司同步大力投入混合动力推进系统、氢等替代燃料以及新型热力循环的研究,其中,以旋转爆震发动机(RDE)为代表的定容燃烧技术(CVC),因其可能带来的颠覆性性能提升而备受关注。
秉承"预测未来最好的方式是创造未来"的理念,普惠正广泛采用新工具与新流程。短期内,公司将加大建模与仿真、人工智能、先进材料的应用力度,并升级制造与装配工艺,以保持行业领先。
通过上述技术手段,普惠旨在巩固现有产品优势,并在颠覆性推进技术的新领域实现突破,涵盖低成本制造、高速军用发动机、电推进系统以及提升效率与促进脱碳的新型燃料。
"人工智能将深刻改变我们设计、制造、维护乃至监控发动机的方式,"普惠商用发动机业务总裁Rick Deurloo表示,"这是我们当前重点关注的领域,其长期潜力巨大。在制造流程中,例如硬件检测环节,AI也将带来显著效益。"
在为公司下一代单通道飞机开发未来型GTF发动机时,基于模型的设计已发挥关键作用。Deurloo指出,AI在机队精细管理、发动机状态预测及拆解计划优化等方面"蕴藏惊人潜力"。
普惠的建模与仿真体系正用于开发所有军民用机型的未来推进系统,该体系深度融合了高性能计算、图形处理器以及多物理场、多学科、多尺度的分析与优化工具。
普惠先进概念与技术部副总Irewole Orisamolu在七月的美国航空航天学会论坛上强调,"机器学习与人工智能至关重要,将其与多物理场模型及多学科优化算法结合,能助力我们筛选最优设计方案,并高效达成各类设计目标。"
在防务领域,人工智能已"全面贯穿产品全生命周期的设计与制造流程"。"我将数字化与AI视为参与当今国防市场竞争的必备能力,"普惠军用发动机业务总裁Jill Albertelli指出。
"我们正在构建数字生态系统,重塑与供应商及客户的协作模式,"Albertelli 进一步阐述,"传统的边界正在消融,合作变得空前紧密与集成。"
她以"下一代自适应推进"项目下的XA103三流道发动机研发为例:"我们能与客户直接协同,实时共享进展。这使我们能持续优化产品能力,并且部分流程的交付速度已显著加快。"
"在NGAP项目上,我们交付详细技术数据的速度比过去提升了一倍,"Albertelli补充道,"这实现了快速设计迭代,加速了与供应商及其他系统的集成,并为制造做好了充分准备。这实现了设计与制造的深度融合,不仅能系统性地运用最佳实践,更确保了卓越的设计能直接转化为同样卓越的制造流程。
"仅2025年,普惠自身就投入了3000万美元用于深化基于模型的研发环境建设,这大幅提升了包括XA103在内的推进系统设计精度,"Albertelli透露,"它提升了工作效率,使工程师和客户能清晰洞察进程。目前有超百家国内供应商参与该项目。"公司已于2025年通过数字设计评审里程碑,"目前我们正依托数字化环境开展协同,并进入零件制造阶段。"
对Albertelli而言,数字化与基于模型的设计意味着速度与敏捷性。"这也便于尝试颠覆性创意,并验证其在子系统中的可行性,"她指出,"如今进行产品测试时,数据可实时反馈至模型,从而更便捷地规划后续开发或迭代方向。同时,这也有助于确保未来产品的可持续发展能力,并方便维护人员开展工作,真正覆盖全生命周期。"
AI亦有望在开发新一代先进合金中扮演关键角色,这些合金需在热稳定性、强度及耐腐蚀性上超越现有镍基与钛基材料。"在基础型GTF发动机上,我们为实现低油耗做出了某些权衡,例如尽可能缩小核心机尺寸,但这导致部分零件寿命受限,"Deurloo解释道,"目前尚无完美兼顾所有性能的材料,但未来终将突破,AI将是重要助力。"
普惠的先进材料研究旨在发展一类新型高熵合金。与传统以单一金属元素为主导的超级合金不同,这类合金包含五种或更多主要元素,以实现高强度与低密度。基于RTX集团的早期积累,普惠还在研究能耐温超过3000F的高温陶瓷复合材料,以及用于自适应多功能结构的智能材料。
背靠RTX集团,普惠正以更坚实的技术与财务基础迈入新百年。Deurloo强调,随着飞机-发动机一体化程度加深,普惠能充分利用集团更广泛的专业能力。"我们是业内少数能够整合从推进系统、短舱到挂架乃至发动机控制系统全链条的防务航空航天企业,"他说道,"我们正探索如何史无前例地发挥这种规模化优势。"
公司的风险投资部门RTX Ventures正助力指引普惠的技术发展方向。"他们持续关注前沿技术,无论是AI、可持续航空燃料、氢能,还是像混合翼机身开发商JetZero这样的创新概念,"Deurloo补充,"我们是一家技术公司,并切实投入真金白银。"RTX Ventures在推进领域的投资包括高超声速飞机开发商Hermeus、混合电推进初创公司VerdeGo Aero及瑞士电推进企业H55。
面对前所未有的高产需求——无论是月产数百台单通道民用发动机,还是数以千计的低成本可消耗军用发动机——普惠也在革新制造工艺,包括扩大机器人自动化制造与装配,以及更广泛地应用增材制造。
增材制造技术已在用于"微型空射诱饵"和"黑箭"巡航导弹的TJ150涡轮喷气发动机上得到验证。"我们成功将超过50个零件的复杂组件集成为单一部件,"Albertelli举例说明,"同时,我们已能增材制造该发动机的旋转部件等复杂构件。"
以此为基础,普惠计划于2026年启动一系列新型可扩展小型发动机的首轮试验,其目标平台包括协同作战飞机与巡航导弹。
除燃气涡轮发动机外,普惠对以旋转爆震发动机为代表的新型循环兴趣日益浓厚。RDE在紧凑尺寸内实现了高热效率与高性能。"燃气涡轮发动机将始终占有一席之地,但不会是唯一选项,"Albertelli表示,"例如,RDE效率高、功率密度高、结构紧凑,能为燃料、传感器及有效载荷预留更多空间。"
"我们在RTX研究中心已完成一系列极为成功的测试,目前正致力于快速、简洁、高效地将产品交付客户,"Albertelli透露,并指出RDE当前"主要聚焦导弹领域"。然而,随着定容燃烧技术的成熟,普惠不排除将大型RDE集成至组合循环推进系统的可能,其应用或可拓展至可重复使用高速飞行平台,例如美国空军的"下一代快速打击"飞机。
RDE或其他紧凑型压力增益燃烧系统,未来也可能成为商用发动机的核心。短期来看,重点仍是新型燃料与电推进技术,“这些技术为我们提供了额外的调节维度,使我们能够通过燃气涡轮自身耗油率以外的途径提升整体效率,"Orisamolu指出。
诸多开发工作由普惠加拿大主导。凭借其敏捷的试验能力与小型发动机专长,该公司历来是推进系统创新的先锋,从PW600等小型耐用发动机到GTF莫不如此。
"自1928年成立以来,超200款发动机已取证,累计飞行超10亿小时,这一切始于'黄蜂'发动机的组装与维护,"普惠加拿大总裁Maria Della Posta表示,"
我们正依托多年积淀,借助RTX内部及行业内的紧密协作,推动包括混合电推进在内的多项创新,相关验证项目覆盖从直升机到大型支线涡桨飞机。"
普惠加拿大正与柯林斯宇航合作,基于PW127XT发动机开发混合电推进验证机,集成250千瓦电动机驱动系统,该项目隶属于欧盟"清洁航空"计划下的"混合动力装置支线应用研究"。公司还与改装专家Aerotec协作,将一架德哈维兰加拿大Dash 8-100涡桨飞机改装为规划已久的混合电推进飞行验证平台。
此外,普惠加拿大携手欧洲初创公司Maeve Aerospace,为其规划的80座M80支线飞机开发混合电推进系统;并与蒙特利尔的Evio公司合作,开发混合电推进版PT6发动机,用于其拟议的76座EVIO 810支线运输机。
一台改型的PW127XT发动机也是加拿大政府资助的"氢先进设计发动机研究"项目的核心。该研究初期聚焦于针对氢燃料改造的单喷嘴及燃烧室台架试验,其基础是普惠早前的"氢燃料蒸汽喷射间冷涡轮发动机"项目——该项目创新性地结合了氢的低温特性与蒸汽喷射的热力学优势。
普惠表示,此项工作可能为一系列新型动力装置铺平道路,包括能效飞跃、零碳排放的先进齿轮传动涡扇发动机。研究还表明,该概念可最大限度地减少氮氧化物排放——这是氢气高温燃烧时产生的温室气体副产物。为平稳过渡至氢燃料,普惠正在研究一种多燃料方案:常规航空燃油储存于现有翼箱,而液氢则储存于机身内。普惠预计,氢燃料可能在2040至2050年代成为支线与单通道飞机的主流能源。
在此方案下,推进系统设计为可在飞行中切换燃料,以提供操作灵活性并降低总体排放。普惠称,多燃料飞机能在任何机场使用任一燃料起降,可使用氢能执行支线任务并以合成航空燃油作为备用,并能随基础设施完善逐步扩大氢能使用比例。
"我希望Frederick Rentschler 能看到我们今天的一切并感到欣慰,"Albertelli总结道,"百年之后,我们的核心专注依旧,未来百年亦将如此:恪守安全传统,持续驱动创新。"
