2035—2040年预计将成为下一代商用飞机和发动机技术突破，以及市场投放的关键时间节点。目前，全球主要航空动力制造商纷纷推出发展路径各异的产品参与竞争，未来商用航空发动机的市场格局可能会发生深刻的变化。

结合当前航空业绿色转型进程，2050年前电推进和氢动力大概率不会成为商用航空市场的主流动力形式，下一代商用飞机和发动机仍将采用基于常规航空燃料的传统构型方案。由于航线适应性和运营经济性等因素，窄体机机队已成为当下和未来一段时期市场需求的主导，再考虑到机体结构和动力系统技术复杂度差异，窄体机机队可能比宽体机机队更早开启产品换代。在这种情况下，无论是基于可持续发动机革命性验证（RISE）项目研发的开式转子发动机，或是第二代齿轮传动涡扇（GTF）发动机，还是“超扇”（UltraFan）发动机，全球主要航空动力制造商都在积极研发并推介其下一代商用航空发动机产品。未来窄体机动力市场格局将会从CFM国际公司和普惠公司的两家对垒发展为CFM国际公司、普惠公司和罗罗公司的三家竞争，路径分化所带来的竞争博弈也将比之前从CFM56发动机和V2500发动机到LEAP发动机和PW1000G发动机更加猛烈复杂。

开式转子发动机

2021年6月，GE公司和赛峰集团依托CFM国际公司启动RISE项目，在开式转子架构基础上引入混合电推进、紧凑型核心机和复合材料风扇叶片等一系列先进技术，使得下一代窄体机动力较LEAP发动机的燃料消耗和碳排放降低20%，并与可持续航空燃料（SAF）完全兼容。2023年上半年，CFM国际公司使用F110发动机核心机对开式转子发动机的高压涡轮叶片和导向器的热性能进行评估，这也是美国国家航空航天局（NASA）混合热效率核心机（HyTEC）项目的一部分。同年11月，GE公司和赛峰集团宣布开式转子发动机通过概念设计评审，原型机将包括大功率齿轮传动系统和用废气余热预热燃烧空气的回热系统。GE公司还与NASA、波音公司合作开展电气化动力系统飞行验证（EPFD）项目，为后续并联混合电推进技术在RISE项目中的应用测试铺平了道路。

从2024年开始，GE公司启动了第二轮高压涡轮叶片耐久性试验，至2024年年底已累计进行了2000多个循环，实现了涡轮组件冷却能力的跨代升级。同时还依托HyTEC项目验证了发动机大功率提取能力，确保紧凑型高功率密度核心机可与更大尺寸的低压风扇集成，后续还将进行一系列吞砂试验，以评估熔融颗粒与保护涡轮叶片的热障涂层（TBC）之间的相互作用。赛峰集团则专注于风扇叶片、低压涡轮、压气机、轴承系统的测试，以及开式转子变距控制功能相关设备的评估，开展了首轮300多h的开式转子5∶1缩比验证模型风洞试验，还在持续完善混合电推进系统的设计方案，计划使低压和高压转子轴通过一组电动发电机共享动力，通过优化两个转子之间的功率平衡，从而改善瞬态推力性能。此前，赛峰集团已经研发了300 kW级的电动发电机GENeUS 300，功率密度达到10 kW/kg。

截至2025年6月，RISE项目已完成350余项关键测试，首轮高、低转速开式转子风洞试验工作已接近完成。其中GE公司主要关注发动机的热力学问题，赛峰集团则侧重于评估开式转子架构带来的推进效率提升。与以GE36发动机为代表的早期多级对转推进概念相比，RISE项目采用了单级旋转碳纤维复合材料风扇叶片加固定出口导向叶片的方案，开式转子发动机整体结构更加简单，风扇直径约为3.3 m，等效涵道比达到45～60。RISE项目还有一部分内容是在GE公司的“通行证”（Passport）公务机发动机上验证氢涡轮动力相关技术，后续会将氢燃料兼容能力移植到开式转子发动机上。但目前来看，这项预计于2026年开展的测试工作可能存在一定的不确定性，CFM国际公司在其官网上已经没有了RISE项目与氢动力飞行强关联的论述。

第二代GTF发动机

2022年7月，普惠公司首次公布了下一代GTF发动机技术发展路线图，当时的计划是到2030年较现有GTF发动机产品的燃油效率提升10%。提升热效率是未来一个时期的重点工作，同样在NASA的支持下普惠公司进行了各种核心机小型化研究，包括改善压气机密封性并提高涡轮冷却能力等，并着力扩大高温陶瓷基复合材料的应用，而这也是其主要市场竞争对手GE公司的长期优势领域。此外，路线图中还纳入了两种新概念动力方案。其中，氢蒸汽喷射间冷涡轮发动机（HySIITE）主要由美国能源部预先研究计划局（ARPA-E）资助，已于2024年12月结束，旨在将氢燃料的低温特性收益最大化，以降低排放并改善热力学性能，尽管通过部件级测试已验证燃油效率可提升35%，但普惠公司明确认为相关技术需要到2050年才能成熟应用。水增强涡扇（WET）发动机则一度被普惠公司及其主要合作伙伴MTU公司认为是下一代商用航空动力的可行备选项。相关研发由欧洲清洁航空计划下的包含混合电推进的可持续喷水涡扇（SWITCH）项目支持，通过回收尾气中的水蒸气并重新注入燃烧室，可使发动机在涡轮前温度不显著上升的前提下以更高的压比工作，但在满足飞行质量和尺寸的前提下实现多系统的高效集成存在较大技术难度，发动机质量甚至可能增加50%。2025年年初，MTU公司宣布放弃在2035年前将WET系统与GTF发动机整合应用的构想，下一代GTF发动机将与当前产品具有完全一样的架构。不过SWITCH项目的另一个研究方向混合电推进GTF发动机验证机已于2024年7月通过初步设计评审，2台柯林斯宇航公司的兆瓦级电动发电机将被分别安装到PW1100G发动机的高压轴和低压轴上。

根据普惠公司在2024年范堡罗航展期间发布的信息，下一代GTF发动机的涵道比将从12.5提升到15，风扇直径从205.7 cm稍微增加到215.9～228.6 cm，最终较现有产品可实现25%的效率提升，其中优化高压轴和低压轴负荷、引入全新的轻质耐热材料（除使用陶瓷基复合材料外，还将用复合材料风扇替换钛铝材料风扇），以及增大齿轮传动比（由3∶1增大到4∶1乃至更高，并从星形设计转向行星齿轮布局）可节省20%的燃料，剩余的5%则通过嵌入电动发电机混合动力化实现。2025年2月，GTF Advantage发动机完成了型号认证，这也是普惠公司这几年来针对下一代产品、不断改进升级GTF技术的阶段性成果。GTF Advantage发动机提高了核心机流量，优化了高压涡轮和燃烧室冷却孔的尺寸和位置，实现了燃料消耗下降1%、起飞推力增大4%～8%，并可与现有GTF发动机混装或进行替换。

“超扇”发动机

早在2014年，罗罗公司立足原有遄达发动机开始研发“超扇”发动机，验证机同样采用了GTF架构，推力为356 kN，涵道比为14，风扇直径为3.55 m（比目前最大的涡扇发动机GE9X还大），预计燃油效率较第一代遄达发动机提升25%、较遄达XWB发动机提升10%。其工程特征主要包括融合了先进贫油低排放燃烧系统（ALECSys）的Advance 3核心机、碳钛风扇叶片和复合材料机匣，以及超大功率行星齿轮箱等。2018年7月罗罗公司宣布冻结“超扇”发动机概念设计，然而随后由于波音公司未能推出新中型飞机（NMA）以及全球性新冠疫情的暴发，在缺乏装机平台的情况下，罗罗公司一度暂停了“超扇”发动机的长期研发投入以等待更好的入市时机，某种程度上这也充分暴露了罗罗公司过分依赖宽体机动力市场的风险，如何尽快重返窄体机动力市场成为其格外关切的问题。

2021年8月，“超扇”发动机齿轮箱测试时功率达到64 MW，创造了全球航空领域最大功率纪录。2022年11月，罗罗公司对ALECSys进行了飞行测试，2023年4月又开始对“超扇”发动机验证机进行测试，满状态试车时最大推力达到了377.85 kN，但此时对于其如何适配窄体机型仍未有实质性动作。2024年7月，罗罗公司宣布重启全尺寸“超扇”发动机飞行测试，同年12月正式开展窄体机动力版本的评估工作，确保原始发动机架构可以通过缩放适应窄体机型，这也是面向下一代窄体机动力（133 kN）和宽体机动力（356 kN）双线研发的重要一步。罗罗公司预计2026年前冻结窄体机动力版本验证机的设计方案，2028年开展地面测试，大幅改进原有“超扇”发动机设计使其能在2035年服役时实现燃油消耗减少20%的目标。

罗罗公司表示“超扇”发动机的窄体机动力版本会具备三大关键要素：一是采用齿轮传动系统实现低压涡轮和风扇转速的差速调节；二是核心机具备高效能、小型化及耐高温的特性；三是整合多电系统以提升发动机整体性能。这些与普惠公司关于未来商用动力的特征论述较为类似，同时涵道比（15左右）、齿轮传动比（4∶1以上）以及风扇直径（2～2.3 m）等指标也与第二代GTF发动机相差无几。注意到窄体机动力版本采用的是双转子Advance 2核心机 ，而非全尺寸“超扇”发动机的三转子Advance 3核心机，前者已在“珍珠”700和“珍珠”10X公务机动力上得到了应用，较上一代公务机动力BR725效率提升了约5%。后续罗罗公司将利用欧洲清洁航空计划下的氢动力架构虚拟创新工程（HEAVEN）项目开展窄体机动力版本的研发工作，除了变桨距风扇、先进齿轮箱和高效燃烧室外，还会进一步集成氢涡轮和混合电推进技术。

飞机制造商的态度

自从开式转子发动机方案依托RISE项目再次提出以来，空客公司不止一次给出了“开式转子构架非常有前景”之类的乐观评价。2022年11月，空客公司披露了将提供A380验证平台为开式转子发动机进行测试的工作细节，计划于2027—2028年先完成真实环境下的迷你飞行包线试验，之后在法国图卢兹进行全包线飞行试验。空客公司认为应用开式转子发动机的挑战主要有三方面：一是需控制噪声和振动、实现与现役机型同等的客舱舒适性水平，此前已与CFM国际公司进行大量联合模拟试验；二是机身需重新设计以加装防护装置，避免叶片脱落穿透，同时使叶片尽可能轻量化并在脱落时保持低速；三是依托“明日之翼”项目调整翼吊布局时机翼表面的气流，并通过机翼轻微内凹设计来抬高发动机位置、确保大直径风扇的离地间隙。此外，空客公司还开展了尾吊方案探索，这可能在降噪方面更具优势。随着开式转子发动机风洞试验接近完成，目前CFM国际公司和空客公司正在筹备进行缩比验证机飞发集成性能风洞试验。

与空客公司相比，波音公司在对发动机构型的可用性评估上似乎更加审慎。2023年10月，波音公司选择普惠公司PW1500G发动机的衍生型PW102XG发动机为跨声速桁架支撑机翼（TTBW）验证机X-66A提供动力。尽管波音公司认为X-66A验证机未来的高翼布局版本可能会兼容开式转子发动机，但在初始验证阶段并没有这种打算。2025年4月，波音公司宣布暂停原定于2028年启动的X-66A验证机首飞，集中精力推动777X和737 MAX7/10飞机的测试和交付工作，随后在向航空发动机制造商发布的信息征询书（RFI）中进一步明确了下一代机型仍倾向于采用传统涵道发动机而非开式转子发动机。预计普惠公司和罗罗公司都将参加竞标，事实上这两家公司已经向空客公司提交了GTF发动机方案。而CFM国际公司基于RISE项目相关技术开发的涵道版本发动机也终于浮出水面，此时风扇直径被缩小到2.16 m，燃油效率提升则从开式转子版本的20%下降到了10%~12%，据称相关改造测试方案已提交欧洲清洁航空计划审议。

分析与思考

让下一代商用航空发动机的燃油效率提升20%以上已成为全球航空动力制造商共同的选择。以GE公司的产品为参照回顾过往，窄体机动力LEAP发动机比CFM56-5B/7B发动机的效率提高了15%，小型宽体机动力GEnx发动机的效率比CF6-80C2发动机提高了15%，大型宽体机动力GE9X发动机的效率比GE90-115B发动机提高了10%。考虑到基于常规航空燃料和布雷顿循环的燃气涡轮发动机经历了大半个世纪的发展，所涉及的各学科与技术均已逼近极限，未来10年内在满足技术成熟度和经济承受性要求的前提下，实现20%的效率提升似乎并不是一件容易的事情。无论是集成混合电推进系统还是采用高效紧凑型核心机，无论是扩大冷端和热端各类先进复合材料的应用还是进一步提升齿轮传动系统的性能，航空动力制造商在方法工具篮子中的选择已是高度趋同，特别是更加关注对对手优势领域的学习从而提升自身产品竞争力。然而，就是这诸多相同之外的那一点不同（即发动机构型方案有无涵道），正在催动窄体机动力市场现有参与者，以及与潜在进入者之间的激烈博弈，同时也反映出了飞机制造商和航空运营商市场需求导向与经营策略的演化变迁。

长期以来，开式转子构型在提升动力系统效率方面的优势已被航空业界所普遍认可，但如前所述，阻碍相关技术市场化应用的因素无外乎噪声、安全性和飞发一体化这3点。从当前技术发展的情况看，曾经饱受困扰的噪声问题已经得到了较好的解决，但后两者的应对方案仍有待完善，这也是普惠公司质疑开式转子发动机可用性的主要理由。为此，除了要提升开式转子发动机自身的可靠性外，更多需要立足飞机制造商的视角去增强机身结构、设计专用机翼从而预留安装空间，并确保翼面层流流动不受干扰，甚至为匹配发动机而重新用尾吊式布局代替现在普遍采用的翼吊方案。显然，这对空客公司来说并不是一项简单的工作，进一步考虑到开式转子发动机和传统涡扇发动机在机体结构、安装方式乃至飞发布局上的巨大差异，一旦真的选用了开式转子发动机作为下一代窄体机动力，如何提供备用动力选项也将更具挑战性。

飞机制造商在配发时要么在项目启动前进行竞标并且选择最佳动力产品，要么在飞机平台上提供几种动力方案让航空公司自己决策。空客公司的A320neo系列飞机（可选配LEAP-1A发动机或PW1100G发动机）就是很好的例子，这样做的结果就是有效规避了由于发动机问题（如近年来PW1100G发动机因粉末冶金缺陷被全球召回）导致机队停飞的风险。对下一代商用航空发动机而言，空客公司大概率会延续这种策略继续向航空运营商提供选择，事实上其已于2024年7月公开呼吁各家航空动力制造商探索开式转子概念并与CFM国际公司竞争，但目前来看，普惠公司和罗罗公司投身开式转子构型研发的可能性微乎其微。在受益于开式转子发动机带来的前所未有效率提升的同时，也必须承担这种“排他性”所带来的一系列不确定性，是否要与开式转子发动机捆绑、有没有把握将筹码完全押注在一型全新的商用发动机上对于空客公司来说将是历史性的抉择。

相比开式转子发动机的适配性难题，第二代GTF发动机面临的最大问题在于效率提升能否达到预期。按照普惠公司的说法，在不对发动机结构进行重大调整的前提下、甚至即使不考虑集成多电系统的贡献，那些看起来仍旧较为“常规”的改进升级措施都能节省20%的燃料，堪比开式转子发动机。从GTF Advantage发动机的推出来看，普惠公司后续大概率会延续渐进式的升级策略逐渐释放第二代GTF技术的发展潜力，而非像开式转子发动机问世那样的“毕其功于一役”。通过不断将最新技术反哺现役GTF发动机形成所谓的“中期改款”，不仅能够维持全生命周期内产品的市场竞争力，还可以为后续产品换代提供技术储备和运营经验。考虑到GTF Advantage发动机主要提升了推力并改善了耐久性，也许普惠公司证明GTF发动机具有更优效率的最好方式就是未来几年再推出一款专注于降低燃料消耗的阶段性升级产品，作为第一代和第二代GTF发动机之间的过渡。

如果说最初启动“超扇”发动机研发计划时，罗罗公司针对PW1000G系列发动机不具备的大推力量级和大功率齿轮箱，在GTF技术领域形成了与普惠公司的错位竞争，那么相较普惠公司的第二代GTF发动机，未来“超扇”发动机窄体机动力版本如何以同样的“齿轮传动+涵道设计”进行差异化破局尤为关键。尽管多年来罗罗公司一直宣称“超扇”发动机可覆盖111～444 kN推力级需求，但至今仍秉持“暂不确定下一代宽体机、窄体机市场哪个先启动”的观点，前期相关研发和测试工作依旧围绕宽体机动力市场展开，直到2025年关于窄体机动力版本的详细信息才得以披露。考虑到如此大的推力范围变化所带来的核心机调整，如何在体现产品的特异性的同时高效实现发动机“由大到小”的技术继承将是罗罗公司必须要面对的挑战。结合未来一个时期的市场竞争态势，即使罗罗公司能够凭借“超扇”发动机重返窄体机市场，大概率也不会成为某型平台的独占动力方案。

此外，从飞机制造商的角度看，受制于近些年的经营困境与产品研发不及预期的影响，波音公司下一代飞机将采用较为稳妥的涵道风扇动力方案并不出乎业界的预料，这一决策后续调整的可能性很低。CFM国际公司则在不遗余力地“游说”空客公司、推介开式转子方案的同时，依旧很积极地按照波音公司的现实需求推出针对性的衍生产品参与市场竞争，这再次说明了客户至上的重要性，必须要在平台的牵引下多领域布局，不放弃任何潜在市场。而从航空运营商的角度看，确保可靠似乎已经成为比提升效率优先级更高的关注点，航空动力制造商长期以来将产品性能当作最核心的卖点进行宣传、无法完全兑现耐久性承诺的行为正在饱受航空公司诟病。如果下一代商用发动机真的能够降低20%以上的燃油消耗，但还是频繁地拆卸检测乃至返厂维护并导致机队无法正常运营，那么其市场接受度必将大打折扣。反之，如果能够有力展示耐久性优势，或者比预期更早地融入仍在发展中的维修网络，哪怕性能有所不足也会在竞争中占得先机。

结束语

围绕下一代窄体飞机的动力需求，全球主要航空发动机制造商之间的市场竞争趋向白热化。CFM国际公司的开式转子发动机效率提升可信度高，但与飞机的一体化协同设计方案尚需进一步论证，飞机结构和布局存在较大调整的可能；普惠公司的第二代GTF发动机技术方案相对成熟、递次升级路径较为明确，但能否达到宣传那样的性能水平有待观察；罗罗公司的“超扇”发动机窄体机动力版本主要技术特点与第二代GTF发动机看起来趋近，如何充分利用前期验证的宽体机动力技术实现通用化发展、避免同质化竞争是其要解决的首要问题。进一步考虑到飞机制造商需求导向的分化（目前空客公司只是“青睐”开式转子发动机），下一代商用航空发动机技术路线选择的复杂性可见一斑，市场参与者有必要为各种可能做好准备。

一个不得不承认的现实是，在当前变幻莫测的国际政治经济形势下，激进与保守之间的博弈天平往往在向后者倾斜，就像航空运营商对于未来发动机高可靠性的迫切诉求那样，企业对于各类经营风险的防范逐渐上升到了前所未有的高度。不仅是氢动力商用飞行的市场化进程被大幅推迟，航空业界对于下一代常规飞机和发动机的问世时间表也越发悲观，甚至对于未来几年达成现有机型的生产目标都缺乏信心。在这种极不确定的氛围下，所谓的先发优势被大幅削弱，发动机制造商绝不会在没有得到飞机制造商和航空运营商明确信号的情况下强行推出新的产品，技术可行性和市场接受度之间必将存在一种全新的平衡。正如《航空周刊》的评论，“像最初CFM56发动机问世时‘只要发动机制造商生产，飞机制造商就会配装’的那个时代可能已经结束了。”

  （王翔宇，中国航空发动机研究院，高级工程师，主要从事航空发动机发展战略研究）