在全球航空业对低碳化、高效化要求不断提高的大背景下，开式转子发动机凭借其高推进效率、低耗油率和低污染物排放的“一高两低”优势，为航空运输业的发展带来了新的可能性，被视为下一代航空动力的重要候选方案。

在全球航空业面临严峻减排压力的背景下，国际航空运输协会（IATA）提出到2050年实现净零排放的发展目标，而传统涡扇发动机的能效提升空间已逐渐接近物理极限。在此背景下，曾因石油价格回落而沉寂的开式转子发动机技术再次迎来了新的发展机遇。

开式转子发动机（又称桨扇发动机或无涵道风扇发动机）作为一种具有革命性意义的新型航空动力，融合了涡桨发动机与涡扇发动机的技术优势，显著提升了发动机推进效率，有望大幅降低燃油消耗和二氧化碳排放量。开式转子发动机的核心特征在于去除了传统涡扇发动机的外涵道结构，将风扇叶片直接暴露于空气中，大幅提高了发动机涵道比。

2021年，CFM国际公司正式启动了可持续发动机革命性验证（RISE）项目，标志着开式转子发动机技术进入工程验证新阶段。空客公司表示，开式转子发动机是其下一代窄体客机动力的重要选择之一。然而，作为创新型产品，这一技术路径仍面临噪声控制、飞发集成和叶片包容性问题等三大核心挑战。本文聚焦RISE项目，系统地梳理开式转子发动机的技术发展现状、突破路径及未来趋势，为行业提供技术发展的全景视角。

发展历程

开式转子发动机的发展历经了早期理论探索、技术验证与试验、改进提升与新探索、合作研发与商业化推进等4个不同发展阶段，其发展过程与全球能源形势变化、航空运输需求增长，以及大众环保意识的觉醒等因素密切相关。

早期理论探索阶段

喷气式发动机诞生以后，科研工作者进一步加快了对高效、高速航空动力的探索步伐。早期，人们设想通过结合螺旋桨发动机与涡喷发动机的动力特性，创造出一种新型动力装置，由此诞生了开式转子发动机最初的概念雏形。随着空气动力学、燃烧学、材料学等学科的不断发展，开式转子发动机技术研究理论基础不断夯实，与其相关的气动特性、桨叶设计、动力匹配等理论研究工作得到了一定发展，但由于受到当时技术条件的限制，开式转子发动机未能进入实质性研发阶段。

技术验证和试验阶段

20世纪70年代爆发的两次中东战争诱发了世界性石油危机，造成油价大幅上涨，引发了全球能源需求恐慌。为应对能源危机，航空发动机制造商加快开发高效节能的新技术，GE公司、普惠公司、罗罗公司、伊夫琴科进步机器制造设计局等开始了对开式转子发动机相关技术的试验研究与验证。

美国国家航空航天局（NASA）启动了高能效飞行器计划（ACEE），详细列出了开式转子发动机的发展路线和技术方案，包括发动机整机及零部件的设计和相关试验。经过数年研究，NASA发布了开式转子发动机技术的初步研究成果。基于这些成果，GE公司开始了开式转子发动机技术研究和部件测试工作，并最终在GE36试验样机上进行了全面测试，验证了开式转子发动机在实际飞行中的可行性及其性能优势。试验结果表明，与传统涡扇发动机相比，开式转子发动机在中短航程上能够减少15%～20%的燃油消耗。伊夫琴科进步机器制造设计局成功地开发了D-27开式转子发动机，并将其配装在安-70运输机上进行了飞行试验，同样展示出良好的性能潜力。

这一时期，开式转子发动机在诸多关键技术上取得突破。在桨叶设计方面，采用了超临界翼型和后掠桨叶技术，超临界翼型能够有效地提高桨叶的气动效率，降低阻力，后掠桨叶设计则可以减少桨叶在高速旋转时的激波损失，提高桨叶的工作效率和速度范围。在材料技术方面，发动机桨叶采用碳纤维复合材料等新型材料，不仅能够减轻发动机的质量，同时还进一步提高了桨叶的抗疲劳性能和可靠性。此外，在传动系统和控制系统方面，研发人员不断优化涡轮与桨叶之间的传动结构，提高动力传递效率，并开发出更精确的发动机控制系统，以确保发动机在各种工况下稳定运行。

但是，相关研发企业也逐步清晰地意识到开式转子发动机在商业化过程中面临诸多挑战。一是噪声问题，尽管在技术研发阶段已对桨叶进行了优化设计，但开式转子发动机在运行时产生的噪声仍然高于当时的航空噪声标准，难以满足机场和居民区对噪声控制的要求；二是技术优势不明显，同时期涡扇发动机技术也在不断进步，新型大涵道比涡扇发动机在燃油经济性和噪声控制方面取得了显著提升，使得开式转子发动机的竞争优势减弱；此外，开式转子发动机的研发和制造成本高，市场推广难度大。因此，开式转子发动机商业化尝试大多以失败告终，相关项目相继被搁置。在油价回落以及适航障碍等客观因素的综合影响下，相关项目最终未能实现商业用途，仅D-27发动机配装安-70运输机在军用领域实现了应用。

改进提升与新探索阶段

油价上涨和减排需求促使开式转子发动机研究重新兴起。GE公司基于GE36发动机开展设计优化，并进行气动、声学、噪声等相关测试研究。同时，欧洲在清洁天空（Clean Sky）计划下开展了多个开式转子相关项目，如罗罗公司的RB2011发动机（SAGE1）和赛峰集团的CROR发动机（SAGE2），并进行了多种测试和技术验证工作。赛峰集团于2015年完成了开式转子发动机验证机组装，在2017年进行了地面测试。

合作研发与商业化推进阶段

基于GE公司、赛峰集团的良好研究基础，双方继续依托CFM国际公司RISE项目加速开展开式转子发动机技术开发及商业化推进工作。RISE项目的实施成为推动开式转子发动机技术发展的关键力量。该项目预计投资周期长达40年，计划在2025—2026年进行全尺寸样机的地面测试，并于2035年前后投入使用，拟通过一系列创新技术提升发动机的燃油效率和环保性能。截至2025年上半年，CFM 国际公司已组织完成350余项部件和模块测试，在风扇系统设计、混合电推进系统集成、降噪技术创新等方面取得了一系列创新成果。

在风扇系统设计方面，RISE项目采用直径达3.3m的巨型单级风扇，后排设置可变桨距静子叶片。这一设计摒弃了对转结构，降低了机械复杂度，同时通过主动变距控制实现反推功能，省去传统反推装置，进一步达到减轻质量的效果，初步估计单台发动机能减少高达1t的质量。

在混合电推进系统集成方面，发动机核心机采用紧凑型设计，结合先进陶瓷基复合材料提升热力学效率。同时集成电动发电机系统，支持能量回收和混合电推进操作模式，为未来兼容氢能或可持续航空燃料（SAF）奠定基础。  

在降噪技术创新方面，利用超级计算机优化叶片气动外形和级间距，通过后排静子叶片引导气流，减少转子尾迹相互作用产生的噪声。CFM国际公司称其声学设计已能满足未来严苛的噪声标准。

关键挑战与解决方案

噪声控制、飞发集成、叶片包容性问题是开式转子发动机实现商业化应用过程中需要解决的重点技术难题。面对这些关键挑战，RISE项目充分吸收借鉴前期有关发展成果，综合运用当前最新的数字化设计、仿真试验、智能制造等相关技术，取得了一系列重要突破。

噪声控制：适航认证的首要障碍

开式转子发动机因取消外涵道结构，失去了涵道对噪声的屏蔽和吸收作用，面临严峻的声学挑战。早期采用的双转子对转设计中，前排叶片的叶尖涡流与后排叶片相互作用产生宽频噪声，尤其在飞机起降阶段可能超出国际民航组织（ICAO）有关噪声标准。为解决这一技术难题，RISE项目采取了以下3方面改进措施：一是调整结构方案，放弃效率最优但噪声更高的双转子方案，采用“单旋转级+可调静子叶片”结构，达到降低叶片间气动干扰噪声6～8dB的效果；二是通过计算流体力学优化设计，利用超级计算机模拟叶片涡流分布，设计后掠桨叶和最佳级间距，分散噪声能量；三是开发主动噪声控制系统，通过可变桨距技术，在低空高推力阶段自动调整桨叶角度，减少涡脱落引起的离散噪声峰值。 尽管CFM国际公司有关公开信息显示当前设计已满足2030年预期噪声限值，但仍需试验测试数据支撑。

飞发集成：飞机设计的革命性调整

开式转子发动机的巨型风扇对飞机气动布局提出了全新挑战。  

首要问题是如何选择发动机安装位置。由于超大的结构尺寸，开式转子发动机难以适用于传统商用飞机的翼下吊舱布局，需寻求新的安装方式，如机翼上方安装、机身后部布置，或重新设计机翼结构。

发动机安装方式调整，进一步带来了发动机日常维护方面的挑战。为此，RISE项目提出了以下解决方案：一是通过简化机械结构（取消反推装置）提升发动机检修的便利性；二是提出模块化拆卸方案，便于日常维护；三是开发高耐久性复合材料叶片以降低维护频率。

发动机对飞机造成的气动干扰也是一项潜在风险。裸露的风扇对机翼流场的影响需重新评估。为此，空客公司已在风洞中测试发动机不同安装构型，初步数据表明尾部安装可减少干扰，但增加了飞机操纵的复杂性。

 叶片包容性问题：关乎适航安全

开式转子发动机缺少外涵道结构带来的叶片包容性问题直接关乎适航安全。传统涡扇发动机需通过《联邦航空条例》（FAR）第33.94条叶片脱落试验（blade-off test），证明单片断裂不会击穿机匣，开式转子发动机也面临相同的问题。为扫除这一发展障碍，RISE项目从设计创新、推动适航标准重构等方面推动技术和行业发展。

在材料与结构创新方面，主要包括采用树脂传递模塑工艺制造碳纤维复合材料叶片，内嵌钛合金骨架提升抗冲击性，同时植入光纤传感器网络实时监测裂纹扩展等。  

在推动重构适航标准方面，欧洲航空安全局（EASA）已启动规则修订，明确开式转子需作为“集成推进系统”认证而非螺旋桨/发动机分立认证。重点包括桨距控制系统可靠性（防止超速解体）、非包容碎片轨迹模拟（确保不伤及机身）、冗余结构设计。  

此外，RISE项目还采取安全裕度验证措施。RISE项目计划通过全尺寸叶片甩出试验，验证在最大工作转速110%工况下，将断叶碎片约束在安全包线内。同时开发主动关断系统，在监测到叶片损伤时，50ms内自动切断燃油。

未来发展趋势

开式转子发动机代表了航空动力系统自涡扇发动机时代以来最大胆的技术变革，其技术本质是通过打破涵道物理约束，逼近推进效率的理论极限。随着RISE项目加快进入试验验证阶段，该技术已从实验室走向工程现实，有望在2035年成为下一代窄体客机的核心动力。据CFM国际公司预测，若全球现役窄体机队中70%的飞机换装开式转子发动机，年碳排放量可减少1.8亿t（相当于2024年航空业总排放的15%）。欧盟更设定目标：到2050年，通过开式转子与齿轮传动涡扇（GTF）发动机等高效推进系统的应用，推动实现温室气体排放量较2020年降低30%。

然而，开式转子发动机能否顺利实现商业成功，仍取决于三大关键因素。一是跨企业协同创新。作为新型航空动力，需要发动机制造商（CFM国际公司）、飞机制造商（空客公司），以及有关适航当局（欧洲航空安全局/美国联邦航空局）开展深度合作，重构飞发集成标准。二是渐进式降低技术风险。面对产品研发过程中面临的技术挑战，需要通过A380测试平台分阶段验证噪声控制、安全性和可靠性等技术能力，避免重蹈安-70等项目覆辙。三是保持连续的支持政策。欧盟清洁航空（Clean Aviation）计划已对相关研究工作提供了资金保障，但仍需延续至相关产品验证和产业化发展阶段，以降低制造商投资风险。此外，在技术路线对比方面，以普惠公司GTF发动机、罗罗公司“超扇”（Ultra Fan）发动机等为代表的新型航空动力加快发展，相关产品与现有机型兼容性强，技术风险低，也将对RISE项目的发展造成新的竞争。

当前，空客公司、波音公司等对开式转子发动机技术持不同态度。空客公司积极支持开式转子发动机技术发展，计划使用A380测试平台验证RISE发动机，目标是将下一代窄体机效率提升25%，其技术路线图包含氢燃料兼容设计，与开式转子的高流通特性契合。波音公司态度谨慎，承认开式转子发动机的效率优势，但强调“传统发动机技术风险更低”，倾向先采用GTF发动机升级现有机型，再评估革命性方案。

结束语

开式转子发动机从概念萌芽到如今的合作研发与商业化推进阶段，经历了漫长而曲折的发展历程。早期的理论探索阶段，为技术发展奠定了基础；技术验证与试验阶段实现了多项关键技术突破，证明了技术的可行性；改进提升与新探索阶段虽然面临诸多挑战导致商业化尝试失败，但积累了宝贵的经验；现阶段的合作研发与商业化推进，则为开式转子发动机的未来发展开辟了新的方向。

尽管面临噪声控制、飞发集成与叶片包容性问题等技术挑战，但随着材料、智能控制等技术的突破，以及中短程航空市场需求的增长，开式转子发动机有望在未来10～15年内实现商业化应用，成为支线客机、通用航空与城市空中交通的核心动力，并在低碳化、高效化趋势下展现出巨大潜力。

对我国航空工业而言，开式转子发动机亦是实现“换道超车”的重要机遇。通过整合高校、企业等优势创新资源，推动产学研用协同发力，在开式转子发动机相关的复合材料桨叶、智能控制系统等关键技术上加快形成自主优势，将进一步助推我国从“航空大国”迈向“航空强国”。

（周杰，中国航空发动机集团有限公司，工程师，主要从事民用航空领域国际合作研究）