碳達峰碳中和政策對航空軸承的影響與對策思考

中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司總工程師　馬芳

【摘　要】 航空運輸是交通運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、零部件供應商均在不斷提升技術，通過各種方式尋求實現(xiàn)碳中和目標。在當前發(fā)展預期下，重新審視航空軸承尤其是航空發(fā)動機軸承面臨的影響與對策極為必要，為應對雙碳政策在航空運輸領域推進所帶來的空前機遇與挑戰(zhàn)，我國航空軸承領域亟待在產(chǎn)品創(chuàng)新和應用創(chuàng)新方面開展新技術與新產(chǎn)品研究，實現(xiàn)大尺寸高速圓錐/圓柱滾子軸承、開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機配套軸承、電磁懸浮軸承等關鍵產(chǎn)品創(chuàng)新；形成新型介質(zhì)潤滑、軸承綠色制造、低碳化試驗評價等先進應用創(chuàng)新，構(gòu)建分階段全流程的航空軸承“碳優(yōu)化”技術發(fā)展路徑，為實現(xiàn)雙碳目標與助力清潔能源發(fā)展貢獻軸承力量。

【關鍵詞】 碳中和；碳達峰；航空軸承；航空發(fā)動機

0　引言

2019年12月11日，歐盟公布了《歐洲綠色協(xié)議》，設定了2050年歐洲實現(xiàn)碳中和的目標。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的定義，碳中和是指當一個組織在1年內(nèi)的二氧化碳排放通過二氧化碳去除技術應用達到平衡。碳中和已成為社會的環(huán)境管理工具，其實現(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)合國大會一般性辯論上，習近平主席提出：中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。2020年12月12日，習主席在氣候雄心峰會進一步承諾：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比重將達到25%左右。實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。

在當前的技術實踐與新能源發(fā)展趨勢之中，不論是氫能航空還是電能汽車都已成為Z為關注的焦點產(chǎn)品，而交通運輸業(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，交通運輸行業(yè)是國內(nèi)碳排放三大行業(yè)之一，當前我國交通行業(yè)碳排放年均增速保持在5%以上，交通運輸領域碳排放占全國終端碳排放約10~ 15%。

交通運輸?shù)奶寂欧胖校娇者\輸是重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計，2020年全球航空運輸業(yè)每年的二氧化碳排放量超過10億噸，約占全部人類活動碳排放的2.8%；我國航空碳排放占交通運輸中的17.67%。數(shù)年來，全球航空業(yè)、航空公司、制造商、零部件供應商不斷提升技術，通過各種方式尋求實現(xiàn)碳中和目標。在當前發(fā)展預期下，基于現(xiàn)有傳統(tǒng)航空技術的進步，仍難以實現(xiàn)2050年碳排放量減少至2005年50％的目標，迫切需要新技術甚至是顛覆性技術改變航空技術現(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)動機軸承面臨的影響與對策極為必要，為應對雙碳政策在航空運輸領域推進所帶來的空前機遇與挑戰(zhàn)，我國航空軸承領域亟待在產(chǎn)品創(chuàng)新和應用創(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（齒輪傳動風扇）發(fā)動機已建立了對圓錐/圓柱滾子軸承的創(chuàng)新性應用，主要體現(xiàn)為在動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)成齒輪傳動結(jié)構(gòu)的基礎支承和重要構(gòu)件，其中圓錐滾子軸承由于采用錐角設計，可承受較大的（單向）軸向和徑向的聯(lián)合負荷，應用潛力更大。目前普惠PW100G齒輪風扇發(fā)動機已投入商業(yè)運行，羅羅基于齒輪傳動的UltraFan超扇發(fā)動機即將于2022年結(jié)束驗證階段，燃油效率可較遄達700提高25%。國外主要軸承企業(yè)在齒輪傳動風扇發(fā)動機用圓錐滾子軸承方面已處于領先地位，F(xiàn)AG已經(jīng)形成了系統(tǒng)化的研究與產(chǎn)業(yè)化的應用，重點在圓錐滾子軸承承載能力、可靠性、高速性、低摩擦、低振動等性能指標提升方面獲得突破，并且仍在進行著持續(xù)的優(yōu)化改進。

此類產(chǎn)品的關鍵技術在于高度關注與航空動力制造商的聯(lián)合研發(fā)，開展圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)設計和應用技術研究，建設專用大尺寸圓錐滾子軸承交付能力，重點滿足高速、可靠性高、壽命長、低摩擦等要求，形成與GTF發(fā)動機方案協(xié)同的技術路線，并預先開展配套設計、工藝、檢測、使用等方面技術研究，實現(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)動機配套軸承

開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機出現(xiàn)于20 世紀70 年代末，也稱?涵道風扇發(fā)動機或槳扇發(fā)動機，其兼具渦扇發(fā)動機巡航速度高（Ma0.7～0.82）和螺旋槳發(fā)動機推進效率高（>0.8）特點。當前研究路線集中于采取先進的槳扇推進器作為產(chǎn)生拉力或推力的主體，對現(xiàn)有的渦扇發(fā)動機進行革新，即“超涵道比風扇”概念。先進槳扇推進器的應用提出了對反向旋轉(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