K Program「航空引擎尖端材料技術開發與實證」相關研發構想-1
發布時間 : 2024-06-03

2022 年 5 月日本政府通過《經濟安全保障法》,提出四大政策方向:1. 先進重要技術之開發支援制度2. 專利非公開3. 確保穩定供給重要物資之制度4. 確保穩定供給核心基礎設備服務,同時促進創新,降低對特定國家的進口依賴。在《經濟安全保障法》下相當重視與經濟安全保障相關技術的培育研發,進而提出「K Program」(經濟安全保障重要技術育成計畫),以AI、量子科技、機器人、尖端感測與尖端能源為基礎技術,投入海洋、宇宙與航空、跨領域、網路及生技領域等場域開發保障國家經濟安全的應用,推動技術研發與合作。

日本政府自2015年起推動航空事業戰略,重點研發高壓渦輪和燃燒器技術。2022年法律第43號也確保了重要物資的穩定供應,為航空器用陶瓷基複合材料 (CMC:Ceramic Matrix Composites)的國內生產基礎提供支援,未來將繼續推動這一技術的實用化和國際聯合開發,進一步提升在全球市場的競爭力。

隨著航空運輸碳排放量占全球約4%,航空業正積極尋求減碳排措施,日本正在推動三大舉措:1.航空器技術革新提升效率2.優化航行方式減少燃料消耗3.使用可持續航空燃料(SAF:Sustainable Aviation Fuel)。其中以提高引擎效率更為重要,尤其是提升渦輪入口溫度(TIT: Turbine Inlet Temperature),因目前使用的鎳基超合金材質耐熱性有限,需冷卻空氣輔助,因此阻礙了引擎性能的提升。為突破此限制,日本正積極開發CMC材料,該材料重量輕且耐熱性高,有望提升引擎性能。

日本東北大學於1975年開發了CMC材料的碳化矽連續纖維(SiC纖維),若應用於航空器上預計每架可減少約6%的碳排放,但在實用化方面仍面臨成本與生產質量穩定性的挑戰。

全球範圍內,美國與中國也在積極推動CMC技術的研發與應用,美國已成功量產CMC零件,並計劃擴大其應用範圍。中國在「中國製造2025」重點領域技術路線圖(2015年版)中將CMC列為核心戰略材料之一,並在民用航空引擎中實現了初步應用。日本在CMC技術方面擁有全球領先的優勢,有兩家企業能夠製造SiC纖維,並開發出耐熱性達1,400度的CMC部件,儘管在技術上具備優勢,但實用化尚未達到理想階段,為此,日本將著手開發新一代單走道客機用引擎,預計2035年以後進入市場並實現CMC零件在高溫高壓部件的應用,以提高生產率並降低成本。

參考資料:経済安全保障重要技術育成プログラム - 科学技術・イノベーション - 内閣府 (cao.go.jp)