碳达峰碳中和政策对航空轴承的影响与对策思考

发布时间：2023-06-07 浏览次数：804

中国航发哈尔滨轴承有限公司总工程师　马芳

【摘　要】 航空运输是交通运输碳排放中的重要组成部分，全球航空业、航空公司、制造商、零部件供应商均在不断提升技术，通过各种方式寻求实现碳中和目标。在当前发展预期下，重新审视航空轴承尤其是航空发动机轴承面临的影响与对策极为必要，为应对双碳政策在航空运输领域推进所带来的空前机遇与挑战，我国航空轴承领域亟待在产品创新和应用创新方面开展新技术与新产品研究，实现大尺寸高速圆锥/圆柱滚子轴承、开式转子发动机配套轴承、电磁悬浮轴承等关键产品创新；形成新型介质润滑、轴承绿色制造、低碳化试验评价等先进应用创新，构建分阶段全流程的航空轴承“碳优化”技术发展路径，为实现双碳目标与助力清洁能源发展贡献轴承力量。

【关键词】 碳中和；碳达峰；航空轴承；航空发动机

0　引言

2019年12月11日，欧盟公布了《欧洲绿色协议》，设定了2050年欧洲实现碳中和的目标。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的定义，碳中和是指当一个组织在1年内的二氧化碳排放通过二氧化碳去除技术应用达到平衡。碳中和已成为社会的环境管理工具，其实现途径分为碳排放和碳吸收两大类。2020年9月22日举行的第75届联合国大会一般性辩论上，习近平主席提出：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2020年12月12日，习主席在气候雄心峰会进一步承诺：到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。实现碳达峰、碳中和目标。

在当前的技术实践与新能源发展趋势之中，不论是氢能航空还是电能汽车都已成为Z为关注的焦点产品，而交通运输业也正是碳排放存量与增量的Z大来源。从全球范围看，交通运输行业的二氧化碳排放量占人类碳排放总量的四分之一；在我国，交通运输行业是国内碳排放三大行业之一，当前我国交通行业碳排放年均增速保持在5%以上，交通运输领域碳排放占全国终端碳排放约10~ 15%。

交通运输的碳排放中，航空运输是重要组成部分，据统计，2020年全球航空运输业每年的二氧化碳排放量超过10亿吨，约占全部人类活动碳排放的2.8%；我国航空碳排放占交通运输中的17.67%。数年来，全球航空业、航空公司、制造商、零部件供应商不断提升技术，通过各种方式寻求实现碳中和目标。在当前发展预期下，基于现有传统航空技术的进步，仍难以实现2050年碳排放量减少至2005年50％的目标，迫切需要新技术甚至是颠覆性技术改变航空技术现状以满足碳排放的要求。

在这一背景下，重新审视航空轴承尤其是航空发动机轴承面临的影响与对策极为必要，为应对双碳政策在航空运输领域推进所带来的空前机遇与挑战，我国航空轴承领域亟待在产品创新和应用创新方面迈出新的一步，攀登新的高峰。

1　产品创新

1.1大尺寸高速圆锥/圆柱滚子轴承

GTF（齿轮传动风扇）发动机已建立了对圆锥/圆柱滚子轴承的创新性应用，主要体现为在动力齿轮箱中采用大尺寸高性能圆锥/圆柱滚子轴承，作为构成齿轮传动结构的基础支承和重要构件，其中圆锥滚子轴承由于采用锥角设计，可承受较大的（单向）轴向和径向的联合负荷，应用潜力更大。目前普惠PW100G齿轮风扇发动机已投入商业运行，罗罗基于齿轮传动的UltraFan超扇发动机即将于2022年结束验证阶段，燃油效率可较遄达700提高25%。国外主要轴承企业在齿轮传动风扇发动机用圆锥滚子轴承方面已处于领先地位，FAG已经形成了系统化的研究与产业化的应用，重点在圆锥滚子轴承承载能力、可靠性、高速性、低摩擦、低振动等性能指标提升方面获得突破，并且仍在进行着持续的优化改进。

此类产品的关键技术在于高度关注与航空动力制造商的联合研发，开展圆锥滚子轴承的结构设计和应用技术研究，建设专用大尺寸圆锥滚子轴承交付能力，重点满足高速、可靠性高、寿命长、低摩擦等要求，形成与GTF发动机方案协同的技术路线，并预先开展配套设计、工艺、检测、使用等方面技术研究，实现高性能圆锥滚子轴承的自主化研制。

1.2 开式转子发动机配套轴承

开式转子发动机出现于20 世纪70 年代末，也称?涵道风扇发动机或桨扇发动机，其兼具涡扇发动机巡航速度高（Ma0.7～0.82）和螺旋桨发动机推进效率高（>0.8）特点。当前研究路线集中于采取先进的桨扇推进器作为产生拉力或推力的主体，对现有的涡扇发动机进行革新，即“超涵道比风扇”概念。先进桨扇推进器的应用提出了对反向旋转齿轮箱的需求，AVIO发展了PGB反向旋转齿轮箱行星齿轮轴承方案，由行星齿轮单列调心滚子轴承以及配套新材料、表面处理、状态检