2018年3月7日，GE公司將研制中的先進渦槳（ATP）發(fā)動機正式命名為“催化劑”（Catalyst），旨在表明全新的渦槳發(fā)動機正在成為促進渦槳飛機發(fā)生變革的催化劑。這種新型發(fā)動機不僅具有更大的巡航功率、更高的燃油效率，還將全面改善飛行員的駕駛體驗，有望開創(chuàng)渦槳飛機設計和使用的新時代。

在2008年收購了捷克的沃爾特飛機發(fā)動機（Walter Aircraft Engines）公司后，GE公司組建了GE公務和通用航空業(yè)務部門，推出了基于M601渦槳發(fā)動機的H80衍生型發(fā)動機，但其長期愿景是在歐洲啟動先進渦槳發(fā)動機（ATP）研制計劃，為公務和通用航空市場提供一種全新的高性能渦槳發(fā)動機。

研制發(fā)展背景

從2012年開始，GE公司的渦槳發(fā)動機研制團隊認為，渦槳發(fā)動機市場期待擁有新技術(shù)和新價值的發(fā)動機。隨后，研制團隊開始走訪飛機制造商和運營商，全面論證和評估一款全新的通用飛機對于渦槳發(fā)動機的設計要求。在收集了來自世界各地的客戶反饋后，研制團隊初步確定了未來市場對ATP發(fā)動機的性能需求。

根據(jù)設計要求，研制團隊首先提出了ATP發(fā)動機的技術(shù)規(guī)范和總體構(gòu)型，在此基礎(chǔ)上先后優(yōu)化設計了4種方案，并啟動了初始設計工作。同時，研制團隊參照GE公司在商用發(fā)動機上的研發(fā)流程，確定了切實可行的交付標準。作為全新渦槳發(fā)動機系列的一部分，ATP發(fā)動機包括735～1176kW的系列發(fā)動機，并將其第一個型號臨時稱作GE93。

在此期間，美國公務機制造商德事隆(Textron)集團發(fā)出了為其全新設計的迪納利公務機尋求動力的需求建議書。為此，GE公司進一步優(yōu)化了設計方案，參與項目競爭。2015年11月16日，德事隆集團在美國公務航空協(xié)會（NBAA）年會上正式宣布選擇GE公司的ATP設計方案，作為新一代迪納利公務機的動力裝置。同日，GE公司宣布正式啟動661～1250kW的ATP發(fā)動機研制計劃。

2017年年初，GE公司與捷克政府達成協(xié)議，在布拉格建立一個渦槳發(fā)動機研制、測試和生產(chǎn)的總部，在滿負荷生產(chǎn)后將雇用500名員工。

2017年12月22日，第一臺ATP發(fā)動機在位于布拉格的GE航空捷克工廠進行了首次點火試車。2018年3月7日，GE公司將ATP發(fā)動機正式命名為“催化劑”（Catalyst），意在表明這項計劃將成為推動渦槳飛機研制與發(fā)展的“催化劑”。GE航空集團副總裁兼公務和通用航空業(yè)務總經(jīng)理布萊德·莫提耶在布拉格研發(fā)中心強調(diào)，這種全新研制的渦槳發(fā)動機不僅是為了提供更快或更省油的方法，而是讓飛行員感覺到更像是在操縱一架噴氣式飛機。

主要設計特點

Catalyst發(fā)動機是公務和通用航空市場30多年來第一種全新設計的渦槳發(fā)動機，充分借助了GE公司在大型商用發(fā)動機上經(jīng)過驗證的技術(shù)和數(shù)十億小時的發(fā)動機使用經(jīng)驗，并擁有98項專利技術(shù)。基于CT7渦軸發(fā)動機堅固耐用的模塊化結(jié)構(gòu)，Catalyst發(fā)動機以更低的運營成本實現(xiàn)更好的性能。

Catalyst發(fā)動機是一種逆流式發(fā)動機，空氣從發(fā)動機后部進入發(fā)動機，向前流入，依次進入壓氣機、燃燒室和渦輪，從噴管排出燃氣。同時，低壓渦輪輸出功率，驅(qū)動五槳葉復合材料恒速螺旋槳系統(tǒng)。

在同級別渦槳發(fā)動機中，Catalyst發(fā)動機是第一種采用兩級可變靜子葉片和冷卻高壓渦輪葉片的渦槳發(fā)動機，號稱擁有業(yè)內(nèi)最高的總增壓比，燃油消耗率降低20%，巡航功率增加10%。從使用維護來看，它的平均大修間隔時間（MTBO）延長了33%，達到4000～6000h。從外形尺寸來看，Catalyst發(fā)動機的長度不大于1.83m，直徑為483mm，凈質(zhì)量為270 kg。

壓氣機源于GE公司的T700/CT7渦軸發(fā)動機，采用了與GE9X發(fā)動機相同的三維空氣動力學設計，有4個軸向級和一個離心級，采用全鈦合金制造，具有質(zhì)量輕的結(jié)構(gòu)特點。隨著設計優(yōu)化，其壓氣機由最初的一級可調(diào)靜子葉片改為兩級可調(diào)靜子葉片，可以更好地調(diào)整壓氣機工作狀態(tài)，增大級增壓比。與同級別渦槳發(fā)動機相比，Catalyst發(fā)動機的總增壓比幾乎增加了1倍，達到了16∶1，這將有助于飛機在完成同一任務時消耗更少的燃料，獲得更多的動力，飛行更遠的距離。

燃燒室采用了類似于HF120發(fā)動機的單環(huán)形回流式燃燒室。制造過程中，GE公司廣泛采用了增材制造技術(shù)，可以針對回流式燃燒室的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，將燃燒室長度最小化，有效地改善了裝配方式，減輕了發(fā)動機的質(zhì)量。

渦輪采用了兩級高壓渦輪和三級低壓渦輪。低壓渦輪采用對轉(zhuǎn)方式?；贑T7系列發(fā)動機的使用經(jīng)驗，Catalyst發(fā)動機的兩級單晶高壓渦輪將成為同級別渦槳發(fā)動機中第一個采用冷卻渦輪的高溫部件，允許渦輪前溫度超出149℃，從而獲得更大的推力，提高燃油效率。

按照設計，迪納利渦槳飛機采用Catalyst發(fā)動機驅(qū)動五槳葉復合材料恒速螺旋槳系統(tǒng)，航程超過2778km，航速超過518km/h，擁有一流的低運營成本。

同時，Catalyst發(fā)動機中還設置了多種傳感器，可以收集各種數(shù)據(jù)，不再需要頻繁檢查高溫部件，延長了MTBO，甚至可以基于發(fā)動機運行的地區(qū)和工作方式，為發(fā)動機創(chuàng)建個性化的維修計劃。

集成控制系統(tǒng)

針對公務和通用航空市場的需求，GE公司在Catalyst發(fā)動機上的第二個突破性創(chuàng)新是首次采用了全權(quán)限數(shù)字式電子和螺旋槳集成控制（FADEPC）系統(tǒng)，將成為傳統(tǒng)渦槳飛機機械液壓多桿控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品，從而使飛行員能夠像駕駛噴氣式飛機一樣操縱渦槳公務機，大大改善了飛行駕駛的體驗。為此，莫提耶表示：“僅僅是簡化駕駛艙這一項技術(shù)就會成為改變未來飛機設計理念的催化劑?！?/p>

GE公司利用其在發(fā)動機集成和控制方面的專業(yè)經(jīng)驗研發(fā)了單桿控制系統(tǒng)，使FADEPC成為飛行員通過油門桿來控制發(fā)動機的關(guān)鍵，可以顯著減少工作量。

作為控制發(fā)動機和螺旋槳槳距的一體化控制系統(tǒng)，F(xiàn)ADEPC可以根據(jù)飛機工作情況來改變發(fā)動機運行狀態(tài)，最大限度地提高發(fā)動機性能，杜絕發(fā)動機超限。如果飛機上有防冰系統(tǒng)或環(huán)境控制系統(tǒng)，相應的扭矩和螺旋槳轉(zhuǎn)速將會發(fā)生變化。FADEPC、兩級可調(diào)靜子葉片和三級對轉(zhuǎn)低壓渦輪可以在非設計狀態(tài)下及時調(diào)整發(fā)動機的工作狀態(tài)，保持性能參數(shù)處于最佳，由此使巡航功率提高10%。

FADEPC從本質(zhì)上使得飛行員能夠?qū)Ｗ⒃诟叨说娜蝿詹僮魃?，可以使飛行像推拉桿一樣簡單。這樣，飛行員將有更多的時間駕駛飛機，眺望窗外，體驗飛行的樂趣，而不是一直把注意力放在監(jiān)控和調(diào)整發(fā)動機上。

更為重要的是，F(xiàn)ADEPC獲得的數(shù)據(jù)還成為GE公司針對Catalyst發(fā)動機實施數(shù)字發(fā)動機計劃的重要推動因素。在發(fā)動機離開生產(chǎn)線后，各種測試傳感器用于收集發(fā)動機的性能數(shù)據(jù)以及主要特性和關(guān)鍵容限。這些信息將構(gòu)成創(chuàng)建數(shù)字孿生發(fā)動機的基礎(chǔ)，在發(fā)動機投入使用后，通過數(shù)字發(fā)動機控制器收集的運行數(shù)據(jù)，可以評估實際工作中的性能和維修需求。

運用先進技術(shù)

GE公司在Catalyst發(fā)動機的研制過程中廣泛采用了增材制造技術(shù)，簡化了制造過程，以實現(xiàn)更先進的零件設計，并減少了零件數(shù)量。隨著復雜性的降低，加快了生產(chǎn)速度，減少了燃油消耗和質(zhì)量，并通過更少的接縫和更嚴格的公差來提高耐久性。

其中，855個常規(guī)制造零件已減少到12個3D打印零件，包括框架、燃燒室襯套、滑油箱、排氣管、軸承座、流路中的固定部件和熱交換器，將發(fā)動機質(zhì)量減輕了5%，并將燃油消耗率降低了1%。另外，整體式滑油箱取代了45個傳統(tǒng)零件，只需4天就可以打印出來，而最初需要14天。

Catalyst發(fā)動機號稱是世界上第一臺“數(shù)字原生”（Digital Native）航空發(fā)動機。設計師使用先進的3D建模，并在此基礎(chǔ)上為發(fā)動機配備了完備的傳感器，通過收集各種數(shù)據(jù)，可以隨時掌握發(fā)動機零部件的性能特征。

目前，捷克技術(shù)大學和GE公司正在使用第一臺Catalyst發(fā)動機發(fā)展新型渦槳發(fā)動機的預防性健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建更高標準的個性化服務和保障，有望徹底改變發(fā)動機的使用和維護方式。具體而言，該系統(tǒng)可以在每次飛行過程中收集性能數(shù)據(jù)，并判斷當下的飛行環(huán)境、飛行期間發(fā)動機及其附件以及控制系統(tǒng)的健康狀態(tài)。

截至2018年6月初，第二臺Catalyst發(fā)動機（編號005）已完成前幾個小時的試車，隨后于夏天運送到加拿大進行高空臺測試，進入取證測試階段。按照計劃，GE公司將在2018年年底把3臺Catalyst發(fā)動機送往堪薩斯州的威奇托，為2019年年初的迪納利原型機的首飛做好準備。

目前，GE公司已經(jīng)將Catalyst發(fā)動機列入其不斷增長的渦槳發(fā)動機業(yè)務。從發(fā)展來看，該型發(fā)動機還可以作為其他一些應用的基礎(chǔ)平臺。針對不同用途，它可以經(jīng)過改進，用作直升機的渦軸發(fā)動機，也可用作商用飛機的輔助動力裝置（APU），甚至有望成為未來混合動力電動推進系統(tǒng)的核心。