碳達(dá)峰碳中和政策對(duì)航空軸承的影響與對(duì)策思考
2023-06-07中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司總工程師 馬芳
【摘 要】 航空運(yùn)輸是交通運(yùn)輸碳排放中的重要組成部分，全球航空業(yè)、航空公司、制造商、零部件供應(yīng)商均在不斷提升技術(shù)，通過各種方式尋求實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。在當(dāng)前發(fā)展預(yù)期下，重新審視航空軸承尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承面臨的影響與對(duì)策極為必要，為應(yīng)對(duì)雙碳政策在航空運(yùn)輸領(lǐng)域推進(jìn)所帶來的空前機(jī)遇與挑戰(zhàn)，我國航空軸承領(lǐng)域亟待在產(chǎn)品創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新方面開展新技術(shù)與新產(chǎn)品研究，實(shí)現(xiàn)大尺寸高速圓錐/圓柱滾子軸承、開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)配套軸承、電磁懸浮軸承等關(guān)鍵產(chǎn)品創(chuàng)新；形成新型介質(zhì)潤滑、軸承綠色制造、低碳化試驗(yàn)評(píng)價(jià)等先進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新，構(gòu)建分階段全流程的航空軸承“碳優(yōu)化”技術(shù)發(fā)展路徑，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)與助力清潔能源發(fā)展貢獻(xiàn)軸承力量。
【關(guān)鍵詞】 碳中和；碳達(dá)峰；航空軸承；航空發(fā)動(dòng)機(jī)
0 引言
2019年12月11日，歐盟公布了《歐洲綠色協(xié)議》，設(shè)定了2050年歐洲實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的定義，碳中和是指當(dāng)一個(gè)組織在1年內(nèi)的二氧化碳排放通過二氧化碳去除技術(shù)應(yīng)用達(dá)到平衡。碳中和已成為社會(huì)的環(huán)境管理工具，其實(shí)現(xiàn)途徑分為碳排放和碳吸收兩大類。2020年9月22日舉行的第75屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上，習(xí)近平主席提出：中國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2020年12月12日，習(xí)主席在氣候雄心峰會(huì)進(jìn)一步承諾：到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。
在當(dāng)前的技術(shù)實(shí)踐與新能源發(fā)展趨勢之中，不論是氫能航空還是電能汽車都已成為Z為關(guān)注的焦點(diǎn)產(chǎn)品，而交通運(yùn)輸業(yè)也正是碳排放存量與增量的Z大來源。從全球范圍看，交通運(yùn)輸行業(yè)的二氧化碳排放量占人類碳排放總量的四分之一；在我國，交通運(yùn)輸行業(yè)是國內(nèi)碳排放三大行業(yè)之一，當(dāng)前我國交通行業(yè)碳排放年均增速保持在5%以上，交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放占全國終端碳排放約10~ 15%。
交通運(yùn)輸?shù)奶寂欧胖校娇者\(yùn)輸是重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球航空運(yùn)輸業(yè)每年的二氧化碳排放量超過10億噸，約占全部人類活動(dòng)碳排放的2.8%；我國航空碳排放占交通運(yùn)輸中的17.67%。數(shù)年來，全球航空業(yè)、航空公司、制造商、零部件供應(yīng)商不斷提升技術(shù)，通過各種方式尋求實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。在當(dāng)前發(fā)展預(yù)期下，基于現(xiàn)有傳統(tǒng)航空技術(shù)的進(jìn)步，仍難以實(shí)現(xiàn)2050年碳排放量減少至2005年50％的目標(biāo)，迫切需要新技術(shù)甚至是顛覆性技術(shù)改變航空技術(shù)現(xiàn)狀以滿足碳排放的要求。
在這一背景下，重新審視航空軸承尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承面臨的影響與對(duì)策極為必要，為應(yīng)對(duì)雙碳政策在航空運(yùn)輸領(lǐng)域推進(jìn)所帶來的空前機(jī)遇與挑戰(zhàn)，我國航空軸承領(lǐng)域亟待在產(chǎn)品創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新方面邁出新的一步，攀登新的高峰。
1 產(chǎn)品創(chuàng)新
1.1大尺寸高速圓錐/圓柱滾子軸承
GTF（齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇）發(fā)動(dòng)機(jī)已建立了對(duì)圓錐/圓柱滾子軸承的創(chuàng)新性應(yīng)用，主要體現(xiàn)為在動(dòng)力齒輪箱中采用大尺寸高性能圓錐/圓柱滾子軸承，作為構(gòu)成齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)支承和重要構(gòu)件，其中圓錐滾子軸承由于采用錐角設(shè)計(jì)，可承受較大的（單向）軸向和徑向的聯(lián)合負(fù)荷，應(yīng)用潛力更大。目前普惠PW100G齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)已投入商業(yè)運(yùn)行，羅羅基于齒輪傳動(dòng)的UltraFan超扇發(fā)動(dòng)機(jī)即將于2022年結(jié)束驗(yàn)證階段，燃油效率可較遄達(dá)700提高25%。國外主要軸承企業(yè)在齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)用圓錐滾子軸承方面已處于領(lǐng)先地位，F(xiàn)AG已經(jīng)形成了系統(tǒng)化的研究與產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，重點(diǎn)在圓錐滾子軸承承載能力、可靠性、高速性、低摩擦、低振動(dòng)等性能指標(biāo)提升方面獲得突破，并且仍在進(jìn)行著持續(xù)的優(yōu)化改進(jìn)。
此類產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)在于高度關(guān)注與航空動(dòng)力制造商的聯(lián)合研發(fā)，開展圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)研究，建設(shè)專用大尺寸圓錐滾子軸承交付能力，重點(diǎn)滿足高速、可靠性高、壽命長、低摩擦等要求，形成與GTF發(fā)動(dòng)機(jī)方案協(xié)同的技術(shù)路線，并預(yù)先開展配套設(shè)計(jì)、工藝、檢測、使用等方面技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)高性能圓錐滾子軸承的自主化研制。
1.2 開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)配套軸承
開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)于20 世紀(jì)70 年代末，也稱?涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)或槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其兼具渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)巡航速度高（Ma0.7～0.82）和螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)效率高（>0.8）特點(diǎn)。當(dāng)前研究路線集中于采取先進(jìn)的槳扇推進(jìn)器作為產(chǎn)生拉力或推力的主體，對(duì)現(xiàn)有的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行革新，即“超涵道比風(fēng)扇”概念。先進(jìn)槳扇推進(jìn)器的應(yīng)用提出了對(duì)反向旋轉(zhuǎn)齒輪箱的需求，AVIO發(fā)展了PGB反向旋轉(zhuǎn)齒輪箱行星齒輪軸承方案，由行星齒輪單列調(diào)心滾子軸承以及配套新材料、表面處理、狀態(tài)檢