■ 溫泉/中國(guó)航發(fā)研究院 宋雙文 吳吉昌/中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所

作為自主研發(fā)的5000kW級(jí)民用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，AEP500將滿足中型客/貨運(yùn)渦槳飛機(jī)對(duì)動(dòng)力裝置的需求，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)水平，可填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外5000kW級(jí)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)空白。

項(xiàng)目背景

與渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相比，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)具有中低速條件下耗油率更低的特點(diǎn)。據(jù)測(cè)算，在同等載重和相同航程下，渦槳飛機(jī)比渦扇飛機(jī)油耗低30%～40%。配裝渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)能在土、沙石、草地等簡(jiǎn)易跑道上起降，且可以在更短的滑跑距離實(shí)現(xiàn)起飛和著陸。

與國(guó)外民用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)快速發(fā)展的局面相比，我國(guó)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)起步晚，型號(hào)少，功率覆蓋不全，已定型的型號(hào)僅有500kW級(jí)的渦槳9、2000kW級(jí)的渦槳5和3500kW級(jí)的渦槳6等三個(gè)系列，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不足無(wú)法滿足客貨運(yùn)飛機(jī)、特種作業(yè)飛機(jī)等平臺(tái)對(duì)渦槳?jiǎng)恿ψ灾鞅Ｕ系男枨蟆?/p>

面對(duì)未來(lái)廣闊的客貨運(yùn)市場(chǎng)前景以及迫切的運(yùn)力需求，AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)應(yīng)而生。該發(fā)動(dòng)機(jī)是按照民機(jī)要求，自主研發(fā)的5000kW級(jí)民用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，主要滿足中型客/貨運(yùn)渦槳飛機(jī)對(duì)動(dòng)力裝置的需求，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)民用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)水平。AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)可填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外5000kW級(jí)民用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)空白，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1 AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)及其先進(jìn)技術(shù)

技術(shù)特點(diǎn)

AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)起飛當(dāng)量功率大于5000kW，巡航當(dāng)量功率大于3200kW，巡航當(dāng)量耗油率小于0.225kg/( kW·h) ，最大巡航飛行馬赫數(shù)（Ma）為0.6，最大飛行高度9000m。發(fā)動(dòng)機(jī)采用三轉(zhuǎn)子總體布局，由偏置式減速器、整體式進(jìn)氣裝置、4級(jí)軸流低壓壓氣機(jī)、1級(jí)軸流+1級(jí)離心組合高壓壓氣機(jī)、直流環(huán)形低污染燃燒室、單級(jí)高壓渦輪、單級(jí)低壓渦輪、3級(jí)動(dòng)力渦輪以及附件傳動(dòng)裝置等組成。

AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用了各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，旨在造就一款高性能、低油耗、低排放、長(zhǎng)壽命、高可靠性的先進(jìn)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。

先進(jìn)的三軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)總體技術(shù)

AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)功率大，油耗低，給壓氣機(jī)與渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。為滿足要求，發(fā)動(dòng)機(jī)采用了低壓壓氣機(jī)—低壓渦輪、高壓壓氣機(jī)—高壓渦輪以及動(dòng)力渦輪三軸結(jié)構(gòu)布局，三轉(zhuǎn)子之間僅有氣動(dòng)聯(lián)系，分別工作在各自最佳工作轉(zhuǎn)速下，保證了各級(jí)葉輪機(jī)械的高效率，以及部件之間的優(yōu)良匹配，整機(jī)性能先進(jìn)。

輕質(zhì)、高效大功率減速器技術(shù)

AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)減速器提出了大功率、高傳遞效率、輕質(zhì)量的設(shè)計(jì)要求，難度很大。為滿足要求，減速器采用了基于彈性元件均載的正反轉(zhuǎn)多路分流雙螺旋齒輪傳動(dòng)、集成式減速器機(jī)匣等設(shè)計(jì)技術(shù)，保證了減速器在傳遞大功率的同時(shí)更輕質(zhì)、高效。

高壓比、高效率軸流—離心壓氣機(jī)技術(shù)

為保證整機(jī)性能先進(jìn)，AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)壓比、效率指標(biāo)均較高，對(duì)壓氣機(jī)部件的質(zhì)量和可靠性也有嚴(yán)格要求。為滿足要求，壓氣機(jī)采用了先進(jìn)跨聲速葉型、可調(diào)導(dǎo)葉等設(shè)計(jì)技術(shù)，保證了雙轉(zhuǎn)子軸流—離心壓氣機(jī)的高壓比與高效率。

低污染燃燒室技術(shù)

為確保AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)是潔凈、環(huán)保的綠色動(dòng)力，提升AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)在民機(jī)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了燃燒室氣態(tài)污染物排放在CAEP/6的基礎(chǔ)上大幅降低的目標(biāo)。為滿足要求，燃燒室采用了高剪切旋流燃燒、切向發(fā)散冷卻及大調(diào)節(jié)比雙油路噴嘴等設(shè)計(jì)技術(shù)，保證了燃燒室低排放和較長(zhǎng)的壽命。

高效率、高可靠性渦輪技術(shù)

渦輪作為發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫燃?xì)鉀_刷、高速旋轉(zhuǎn)的部件，工作條件極為惡劣，需要在保證高效率輸出功率的同時(shí)，保證自身的高可靠性以滿足適航規(guī)章要求，設(shè)計(jì)難度巨大。為滿足要求，AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪采用了高效冷卻、防超轉(zhuǎn)葉片脫落、機(jī)匣包容性以及預(yù)扭葉冠等設(shè)計(jì)技術(shù)，保證了高效率與高可靠性。

帶性能趨勢(shì)分析功能的先進(jìn)健康管理技術(shù)

為與國(guó)際接軌，AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)還配備了先進(jìn)的健康管理系統(tǒng)，采用功率檢查技術(shù)和性能趨勢(shì)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前性能狀態(tài)的評(píng)估與在線監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化的預(yù)測(cè)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的可維護(hù)性。

圖2 供應(yīng)商大會(huì)

項(xiàng)目進(jìn)展

目前，AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目正按計(jì)劃順利推進(jìn)。

2018年5月10日，中國(guó)航發(fā)在湖南株洲召開(kāi)主題為“逐夢(mèng)云海，攜手共贏”的民用渦軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)2018年度供應(yīng)商（國(guó)際）大會(huì)，正式對(duì)AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行推介。以供應(yīng)商大會(huì)為契機(jī)，AEP500研發(fā)團(tuán)隊(duì)與供應(yīng)商開(kāi)展了廣泛溝通與技術(shù)合作，并在材料與成附件的采購(gòu)、零部件國(guó)際加工等方面開(kāi)展了貿(mào)易合作（見(jiàn)圖2）。

AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)完成研制并適航取證后，可用于中型客貨運(yùn)渦槳飛機(jī)等平臺(tái)，市場(chǎng)前景良好。同時(shí)，基于AEP500發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)“槳改軸”可發(fā)展為民用大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，用于大噸位民用直升機(jī)。