【行業新聞】百煉成鋼 “氫”裝起飛——全球首款兆瓦級氫燃料渦槳發動機首飛的背后

導讀：“我國航空發動機一直追著國外跑，這一次我們在新能源賽道上，和全球最強者站在同一起跑線上。”4月27日，中國航發集團湖南動力機械研究所（以下簡稱“動研所”）未來動力總體研究部副部長肖為激動地說。

不久前，動研所自主研制的全球首款兆瓦級氫燃料航空渦槳發動機AEP100，配裝7.5噸級無人運輸機在株洲蘆淞機場完成首飛。

過去5年，動研所組建專門團隊，從零開始，進行百余次試驗，終于為中國航空發動機裝上氫能“綠心”。

“三無”背景下的艱難開局

2020年，“雙碳”目標的提出，讓氫能這一綠色能源站到能源變革的舞臺中央。

彼時，歐盟已將氫能列為航空脫碳核心路徑，著力推動氫渦輪等顛覆性發動機技術研究。

航空發動機的新能源轉型勢在必行。

2021年3月，動研所成立氫燃料航空發動機研發團隊。

擺在研發團隊眼前棘手的問題是：無前例參考、無實驗條件、無技術人才。作為新賽道，氫燃料航空發動機在國內沒有任何經驗可資借鑒，國際研究也未有詳細公開資料。此外，團隊沒有實驗室、材料、子系統等驗證條件。

成立之初的研發團隊不到10個人，平均年齡20多歲，缺乏既懂發動機又懂氫能源的人才。

“肖為當時拿著一個PPT，講氫能的前途，給我畫了一個很大的‘餅’。”部門主任設計師彭富霞說，自己之前研發燃油發動機多年，后來因為肖為的“大餅”加入團隊。

“剛開始是領導安排，自己做了調研分析后，發現氫能源的確是未來發展方向。”部門一級主管設計師張坤說。

就這樣，年輕的未來動力總體研究部在重重困難中踏上征途。

5年攻堅成功完成研發

團隊成立不到1年，研制出160千克推力小型氫燃料渦噴發動機。

受客觀條件制約，團隊跳過材料、零部件等驗證步驟，直接用發動機整機做實驗平臺。

這樣做風險很大，第一次整機驗證發動機起火，被完全燒毀。

“氫一噴到發動機里，就聽到嘣嘣嘣的聲音。它的熱量釋放時間很短，像炸藥一樣，一點就炸。”彭富霞介紹。

這群年輕人馬不停蹄地開展第二次驗證，果不其然，發動機又燒沒了。

“試驗再次失敗，給大家潑了一盆冷水。我們不再悶頭干，花了近一年時間，梳理問題，尋找原因，理清思路。”肖為說。

一直以來，傳統航空發動機溫度是向上探索，即怎么把渦輪前溫度不斷提高。而怎么讓發動機適用于液氫的超低溫環境，是在無人區向下探索。

研發過程中存在兩大難點：材料適配、燃燒控制。

液氫的溫度是-252.8℃，塑料件、電子元器件等材料一碰就脆化，變得像餅干一樣易碎。

“我們借鑒航天液氫發動機和中車株機制氫儲氫等相關技術，選取適配氫特性的材料，對發動機進行融合創新。”張坤介紹。

同時，團隊對氫進行精密熱管理。讓液氫流經管路進入發動機時，不對控制閥件、芯片等造成損毀，實現溫度可控。

“我們用發動機的余熱給液氫加熱，達到合適溫度后，再進入控制系統和燃燒室。”彭富霞說。

更大的挑戰接踵而至。如何在精度±0.5%范圍內控制氫燃料流量和發動機轉速，確保發動機狀態可控？

5年攻堅，百余次試驗，難題被逐個擊破。

2024年12月，兆瓦級氫燃料航空渦槳發動機首飛前60小時驗證完成。

航空產業從株洲“綠色起飛”

今年4月4日，株洲蘆淞機場，使用兆瓦級氫燃料航空渦槳發動機的大型無人機騰空而起。

無人機在300米高空飛行了16分鐘、36公里，完成預定科目后順利返航，首飛成功。

此次試飛，集聚了一個航空產業鏈的力量。

蘆淞區聚集涉航企業60余家，基本形成集航空動力、整機制造、通航運營、配套服務于一體的全產業鏈。中小航空發動機、輕型運動飛機國內市場占有率分別達90%、80%。

搭載兆瓦級氫燃料航空渦槳發動機的無人機，來自湖南山河華宇航空科技有限公司，距離動研所不到10分鐘車程。

為節約實驗時間及成本，研發團隊向株洲市政府請求在蘆淞機場起飛。株洲市、蘆淞區緊急協調，一周內高效走完所有流程。

最短時間內，蘆淞機場跑道兩端安全區各硬化加寬180米，并將機場南端山體進行降坡處理，以增加飛機滑跑、降落時的安全裕度。

上下游產業鏈協同及政府支持，加速兆瓦級氫燃料航空渦槳發動機首飛進程。

“該發動機研制成功，為干線飛機航空動力提供新的發展方向，有著良好的商業前景。”肖為說，氫燃料航空發動機技術將率先在空中無人貨運、海島物流等低空經濟領域展開應用，推動湖南乃至全國航空產業綠色低碳高質量發展。

來源：湖南日報

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