■ 李概奇 楊銳 王旭 劉青海

中國(guó)航發(fā)1000kW級(jí)先進(jìn)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)（AES100）于2016年7月立項(xiàng)，目標(biāo)是利用8.5年的時(shí)間，研制出我國(guó)第一型完全獨(dú)立、自主創(chuàng)新的先進(jìn)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，基本建立民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)體系。

作為我國(guó)第一型具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1000kW級(jí)先進(jìn)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，AES100擁有高效率、低油耗、長(zhǎng)壽命、高可靠性、大功率儲(chǔ)備及良好可發(fā)展性，能滿足5 ～6t級(jí)雙發(fā)直升機(jī)和3 ～4t級(jí)單發(fā)直升機(jī)的動(dòng)力需求，市場(chǎng)前景廣闊，對(duì)支持國(guó)家通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展和航空應(yīng)急救援體系建設(shè)，掌握通用航空動(dòng)力自主發(fā)展權(quán)，提升我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及直升機(jī)產(chǎn)業(yè)在國(guó)際航空產(chǎn)業(yè)鏈中的地位，積極參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)具有重要戰(zhàn)略意義。

技術(shù)特點(diǎn)

AES100嚴(yán)格按照適航規(guī)章CCAR-33部要求研制，采用了中等熱力參數(shù)、高部件效率及低成本、長(zhǎng)壽命、高可靠性技術(shù)路線。

總體布局

AES100具備了當(dāng)代先進(jìn)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)布局特征，由“軸流+離心”組合壓氣機(jī)、環(huán)形回流燃燒室、雙級(jí)燃?xì)鉁u輪、雙級(jí)動(dòng)力渦輪、附件傳動(dòng)等部件以及全權(quán)限數(shù)字式電子控制（FADEC）系統(tǒng)和健康管理系統(tǒng)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)壽命、耗油率等技術(shù)指標(biāo)達(dá)到當(dāng)代國(guó)際同類渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)技術(shù)水平；發(fā)動(dòng)機(jī)配有獨(dú)立的健康管理系統(tǒng)，目標(biāo)價(jià)格與國(guó)際同功率級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低，全生命周期經(jīng)濟(jì)性好，適航取證后可在我國(guó)廣闊領(lǐng)域安全可靠使用。

發(fā)動(dòng)機(jī)性能

AES100先進(jìn)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)總體布局

AES100先進(jìn)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)流場(chǎng)三維仿真示意圖

根據(jù)民機(jī)經(jīng)濟(jì)性要求高的特點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)須滿足從巡航到起飛狀態(tài)寬廣工作范圍內(nèi)有良好氣動(dòng)性能和穩(wěn)定性的要求。為此，壓氣機(jī)采用了“駝背形”流道、寬弦葉片、“子彈頭”葉型等三維先進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了寬轉(zhuǎn)速范圍的高部件效率和喘振裕度。燃燒室創(chuàng)新地采用了多級(jí)渦流器和高質(zhì)量小流量霧化噴嘴，獲得了高品質(zhì)的出口溫度場(chǎng)分布。燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器采用了彎扭葉片構(gòu)型，工作葉片采用了高效率氣膜冷卻，通過(guò)多學(xué)科耦合優(yōu)化，獲得了高效率渦輪部件。壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪等部件高效率設(shè)計(jì)，確保了發(fā)動(dòng)機(jī)寬廣工作范圍的低耗油率。

壽命和可靠性

壓氣機(jī)采用整體葉片盤，應(yīng)力低、可靠性高；采用了雙級(jí)燃?xì)鉁u輪結(jié)構(gòu)，既保證了渦輪高氣動(dòng)效率，又大幅降低了渦輪葉片和輪盤負(fù)荷，提高了燃?xì)鉁u輪蠕變壽命和低周疲勞壽命；新穎的軸承共腔結(jié)構(gòu)，縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)軸向長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型；軸承環(huán)下供油技術(shù)改善了軸承潤(rùn)滑冷卻效果，提高了軸承壽命；部分零部件采用了整環(huán)結(jié)構(gòu)，無(wú)余量整體精密鑄造成形，大幅減少零件數(shù)量；附件傳動(dòng)機(jī)匣采用了管路內(nèi)置和成附件集成化方案，使外部管路減少了50%以上，提高了可靠性。

安全性

發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪通過(guò)葉片脫落包容性設(shè)計(jì)，避免因負(fù)載丟失導(dǎo)致渦輪破裂擊穿機(jī)匣，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)安全裕度；采用雙通道全權(quán)限數(shù)字式控制系統(tǒng)和多余度設(shè)計(jì)理念，具有燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速和動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速雙重超轉(zhuǎn)保護(hù)功能，提升了系統(tǒng)的安全性；燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)以及成附件均采用了防火設(shè)計(jì)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在意外失火危險(xiǎn)狀態(tài)下的安全。創(chuàng)新研發(fā)了健康管理系統(tǒng)，擁有機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控裝置（EMU）和地面分析系統(tǒng)兩個(gè)部分，具有性能預(yù)測(cè)，壽命管理，振動(dòng)診斷，潤(rùn)滑系統(tǒng)磨屑檢測(cè)等功能，可有效地提高使用安全性和維修性。

研制進(jìn)展

經(jīng)過(guò)6年來(lái)參研單位的共同努力，AES100項(xiàng)目研制已取得重要進(jìn)展。

關(guān)鍵技術(shù)

突破了壓氣機(jī)和渦輪部件高效率先進(jìn)氣動(dòng)葉型、高品質(zhì)燃燒室溫度場(chǎng)控制、高收油效率軸承環(huán)下供油、低振動(dòng)響應(yīng)軸承共腔等關(guān)鍵技術(shù)；創(chuàng)新開(kāi)展了結(jié)冰、包容、防火、最大不平衡、吞雨、吸冰、喘振、動(dòng)應(yīng)力測(cè)量等一系列適航關(guān)鍵技術(shù)研究，填補(bǔ)了我國(guó)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)適航符合性驗(yàn)證技術(shù)研究的諸多空白。

AES100為“彩虹”傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力（ 攝影：李欣澤 ）

性能

開(kāi)展了壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)鉁u輪等部件多方案性能試驗(yàn)研究，完成了多臺(tái)份發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架性能試驗(yàn)和多輪次高空臺(tái)試驗(yàn)，驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)寬廣疆域和嚴(yán)酷環(huán)境下的優(yōu)良性能和工作穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)部件效率和整機(jī)耗油率等氣動(dòng)性能指標(biāo)均達(dá)到同功率級(jí)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)際先進(jìn)水平。

壽命

壽命是衡量民用發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。目前AES100單臺(tái)整機(jī)已完成了超過(guò)3000h首翻期壽命科研試驗(yàn)，驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性和耐久性，為掌握長(zhǎng)壽命發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)律和材料工藝穩(wěn)定性積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

試制

開(kāi)展了高集成度進(jìn)氣機(jī)匣和熱端機(jī)匣、小尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密鑄造葉片等關(guān)鍵制造工藝攻關(guān)；實(shí)施了低成本工程，通過(guò)設(shè)計(jì)和制造協(xié)同及工藝優(yōu)化，努力降低制造成本；開(kāi)展了工業(yè)化鑒定等民機(jī)制造符合性工作，確保制造穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

試飛

在完成首飛前各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上， AES100于2021年7月實(shí)現(xiàn)雙發(fā)配裝直升機(jī)首飛，填補(bǔ)了我國(guó)自主創(chuàng)新民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)的空白，標(biāo)志著我國(guó)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)自主研制邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。目前正在開(kāi)展科研試飛工作，以進(jìn)一步完善飛發(fā)匹配特性。

適航

在中國(guó)民航局和中國(guó)民用航空適航審定中心的關(guān)心支持下，完成了型號(hào)合格證（TC）申請(qǐng)、審定基礎(chǔ)確定，審定計(jì)劃制訂及批準(zhǔn)等適航相關(guān)工作，目前發(fā)動(dòng)機(jī)已進(jìn)入適航計(jì)劃實(shí)施階段，并完成了部分適航驗(yàn)證工作。在材料適航方面，按適航要求系統(tǒng)開(kāi)展了渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)材料標(biāo)準(zhǔn)編制，材料過(guò)程控制和材料性能數(shù)據(jù)測(cè)試等開(kāi)拓性工作，為建立我國(guó)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)材料適航體系打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

發(fā)展前景

AES100的立項(xiàng)研制，將進(jìn)一步開(kāi)拓、發(fā)展和完善我國(guó)民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)體系和適航體系，有望未來(lái)為我國(guó)通用航空動(dòng)力打造出一張中國(guó)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)品牌。

AES100優(yōu)良的綜合性能獲得了多家用戶的青睞，簽訂了合作意向書(shū)。2022年7月，與首家先鋒用戶航天科技彩虹公司簽訂了發(fā)動(dòng)機(jī)采購(gòu)合同，標(biāo)志著中國(guó)航發(fā)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)開(kāi)拓邁出了重要一步。

以AES100渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)衍生的渦槳、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，地面燃?xì)廨啓C(jī)和混合動(dòng)力系統(tǒng)正在同步發(fā)展，將形成家族化、系列化融合發(fā)展的良好局面，促進(jìn)我國(guó)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制是極其艱難和復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在AES100后續(xù)適航取證工作中，還會(huì)遇到不少未知的技術(shù)挑戰(zhàn)，但研制團(tuán)隊(duì)將按適航要求加快設(shè)計(jì)驗(yàn)證迭代，完成好發(fā)動(dòng)機(jī)壽命、結(jié)構(gòu)完整性及葉片包容、進(jìn)氣防冰、管路防火等整機(jī)、零部件適航驗(yàn)證工作和發(fā)動(dòng)機(jī)試飛工作，向著2024年適航取證目標(biāo)積極邁進(jìn)！