涡轴10功率达2000千瓦，功重比7，油耗却高，只因FADEC尚欠火候

一直以来，航空发动机都是我国军工科技短板中的短板，包括歼10、歼20、歼35在内几乎所有的机型都曾受制于发动机，患上了“心脏病”，武直10甚至因发动机断供不得不重新设计。但有一个机型却是例外，那就是直20，它从试飞阶段就装备了量身定制的涡轴10，且一直到服役都没受到过发动机方面的困扰，可以说是顺风顺水，这在整个中国航空史上都是非常罕见的。因为通过涡轴10，我国在涡轴发动机领域已经基本赶上了世界先进水平，完全可以满足直20的需要。

直20项目因涡轴10没有受到发动机方面的困扰

涡轴10从2002年开始研发，2008年正式立项，2011年转入原型机试制，2012年首飞成功，它的额定功率达到了1600千瓦，“黑鹰”直升机T700系列发动机最新型号T700-GE-701D的额定功率才1470千瓦。涡轴10的应急功率则高达2000千瓦，超过了法国新一代涡轴发动机“阿内托1K”的1864千瓦。阿内托是比利牛斯山的最高峰，海拔3404米，以此命名法国新型涡轴发动机，象征着它的性能达到了一个新水平。涡轴10的应急功率能超过“阿内托1K”，证明了我国涡轴发动机已经今非昔比了。2000千瓦的应急功率意味着直20可在高原环境下从涡轴10身上“压榨”出远高于“黑鹰”的剩余功率，可以轻松实现我国陆军当年对高原直升机600公斤有效载荷，6000米飞行高度和600公里航程的要求。据外媒报道，早在2020年，直20就已经部署到了西藏，为此还专门在青藏高原北边的格尔木兴建了庞大的直升机起降场地。

批量部署青藏高原的直20

但相比功率，功重比更能充分反映涡轴发动机的技术水平，功重比简单来说就是涡轴发动机释放的功率与其自身重量的比值，它集中反映了发动机在设计、材料和工艺上的水平。涡轴10的功重比超过了7，与“阿内托1K”的7.1相当，这表明涡轴10并未走苏联/俄罗斯航空发动机片面靠加大进气量提高发动机功率的老路。

相比涡扇发动机，涡轴发动机的传动系统更加复杂沉重，提高功重比更加困难，可以这么说，涡轴发动机的功重比达到7，难度不会低于研制推重比在9以上的涡轮风扇发动机。为了达到7一级的功重比，涡轴10不但采用了整体叶盘、对转涡轮等先进的结构设计，还应用了一系列高科技材料，如压气机用了金属基复合材料，燃烧室和涡轮用了陶瓷基复合材料和碳-碳复合材料。这些新设计、新材料使涡轴10在保持高功率的同时还减轻了重量，根据相关数据，涡轴10的自重仅220公斤左右。

2016年珠海航展上亮相的新一代1600千瓦级涡轴发动机最终演变为涡轴10

但与功率与功重比这两个指标形成鲜明对比的是，涡轴10的耗油率却高达0.28千克/（千瓦·小时），即每小时输出1千瓦的功率需消耗燃料0.28公斤，这个指标相比涡轴9的0.31干克/（千瓦·小时）虽有很大改善，但仍然远高于“阿内托1K”的0.228千克/（千瓦·小时），甚至高于法国上一代涡轴发动机RTM-322的0.267千克/（千瓦·小时）。

法国“阿内托”发动机

就算是我国正在研制的下一代涡轴发动机，也出现了类似的情况，虽然其功重比高达10.3，远高于“阿内托1K”，但耗油率却还是达到0.248千克/（千瓦·小时），仍然高于“阿内托1K”，更是远高于美国新一代涡轴发动机T901-GE-900的0.206千克/（千瓦·小时）。

美国T901-GE-900涡轴发动机

这样一来，相比国外同类型号，我国涡轴发动机就普遍出现了功率、功重比与油耗“倒挂”的特殊现象。但既然功重比并不低，意味着国产涡轴发动机在总压比、涡轮前温度等核心指标上与法美型号并没有明显差距，涡轴10的涡轮前温度已达1388℃，那基本上可以确定的是，问题出在了发动机的控制系统上。

涡轴10采用了我国自行开发的双余度FADEC系统，即双余度全权限数字控制系统。FADEC系统的控制计算机可通过各类传感器、燃油计量组件(FMU)和压气机控制组件等部件对发动机的油门、转速、定子叶片倾角等一系列参数进行微调来实现控制，即以计算机代码的形式对发动机进行控制。传统液压控制系统的控制动作主要靠凸轮的空间曲面来完成，但这个曲面的构型在制造上比较困难，因而控制精度远远比不上FADEC。也就是说发动机的FADEC与战斗机电传飞控的多轴多余度全权限控制系统非常相似。而FADEC的一大优势就是节油，由于能实现发动机的最佳控制，变换转速时可减少乃至不需要调整运转，再加上慢车转速的闭环控制、引气最佳化以及油门自动化，可在很大程度上减少发动机的燃油消耗。

航空发动机FADEC系统结构图

尽管涡轴10的双余度全权限数字控制系统已达到了第三代FADEC的水平，但这并不代表已经赶上了世界先进水平。我国对FADEC系统的研究较晚，20世纪80年代初才真正展开高性能推进系统数字控制的研究，虽然现在已初步掌握了很多关键技术，但总体来说，尚处于技术突破阶段。特别是我国FADEC系统在控制律的优化方面与法美类似型号存在很大差距，外在反应就是油耗较高。FADEC应用程度比涡轴发动机更低的涡扇发动机肯定也存在这种情况，只不过因为我国涡扇发动机的推力与推重比普遍与国外型号差距较大，表现得不明显罢了。

FADEC的发展脉络

总而言之，虽然通过涡轴9、涡轴10和下一代涡轴发动机的研制，我国涡轴发动机在功率和功重比上已经不逊于欧美，甚至有所超出，但在FADEC系统及其应用方面差距仍然较大，外在表现就是油耗普遍较高。但也要看到从涡扇9、涡轴10一直到下一代涡轴发动机，它们的油耗是在逐步下降的，这表明我国的FADEC系统正在快速的成熟完善。希望智能分布式全权限数字控制系统早日研发成功，助力中国涡轴发动机完成对世界先水平的最终赶超。

涡轴9这种1991年立项的发动机在研发中曾遇到极大阻力，2010年该发动机正式成功后，问题也凸显出来，那就是功率有限，其最大出力不足1000KW，而黑鹰的T700发动机出力则高达1200KW。如果一架直升机的发动机出力不足，在高原地带的飞行速度和稳定就会受到很大影响，根据记录，海拔3千米时米17的发动机出力竟会降低40%，此时该机执行500千米运输任务时只能运载10人，比平原地带能运载27人的表现差距甚大，所以新一代发动机的研发就尤为重要。2013年，一直关注中国军用航空器发展的美国曾声称中国的新型直升机（直20）必然会配备高功率发动机。2017年，中国航发动力研究所联合中国航发南方公司、动力控制所等十几个单位组成联合研发突击团队，最终攻克了涡轴10的研发难关。

　　在高寒高海拔区域，直升机是快速运输的重要手段

　　据媒体透露，涡轴10发动机的额定功率为1600KW，紧急出力状态下可达2000KW，不但远超过涡轴9，而且也大大超过了黑鹰的T700！这除了设计进步外，还要得益于材料工艺和加工水平的长足进步。不难发现，由于功率方面的优势，直20在执行高海拔任务时的效率会远超过黑鹰系列。非但如此，涡轴10发动机还将作为中国军用直升机的重要平台，为以后更新型发动机奠定基础。更主要的是，如果解放军陆航现役的武直10逐步完成换装后，就必然会在速度等方面有极大提升，并促进武直10整体的防御装甲、机载设备、武备水平大幅提升，最终达到或赶超美军阿帕奇的水平。

　　随着数量增加，直20将替代早年引进的民用版黑鹰

　　李林华同时强调，直20设计之初就考虑到在高原使用，为此采用了过去只有欧美直升机才具备的先进电传（操控）飞行控制技术，并拥有悬翼防结冰技术。之所以如此，就是考虑到中国幅员辽阔，不但有大量平原丘陵环境，更有西南边陲大片雪域高原，此地解放军驻地的平均海拔都超过4千米，受制于环境和地形，地面输送援军耗时漫长，要想第一时间内将突击部队及其武器运往关键的战略点，就只能依靠直升机。

未来直20大量生产后必然要逐步取代老迈的引进版黑鹰，成为高原地带的主力。雪域高原堪称是中国环境最复杂恶劣且气候最多变的地带，低温、雨雪、稀薄空气都是直升机飞行中的拦路虎，悬翼一旦在突如其来的低温雨雪中结冰，就会给自身的可靠性带来严重破坏，甚至可能带来巨大危险，所以可见直20的悬翼防结冰技术的重要性。此外，根据科学界公认的研究成果显示，青藏高原人口密度很低，人类活动密度一旦下降，夜间黑暗指数也将降低，此地入夜后的黑暗指数堪称世界之最。所以，如果能够实现电传飞行控制，就将大大降低驾驶员的压力，使任务可以在尽可能安全的条件下完成。

中国航空发动机集团有限公司在第五届中国天津国际直升机博览会上召开1300kW级涡轴发动机（涡轴-16）型号取证发布会，宣布该型发动机正式取得中国民航局颁发的型号合格证。涡轴-16发动机完成研制并适航取证对促进我国民用航空发动机及民用直升机领域的发展具有重要意义，发布会上同时签署了意向订单。
据悉，涡轴-16发动机是中法首次以风险共担、对等合作方式联合研制的航空发动机，起飞功率不小于1240kW，重量不超过223.5kg，耗油率（最大连续功率状态）不大于294g/kW·h，实用升限6000米，可以满足AC352中型通用直升机或其他7吨级双发直升机的需要；发动机可靠性高，翻修间隔时间长，平均故障间隔与国际同类产品相当，达到了国际先进民用发动机的水平。

为满足直升机对动力装置的需求，2008年，中国航发哈尔滨东安发动机有限公司与法国赛峰直升机发动机公司签署了《发动机研制、生产、销售及售后支持合作协议》。双方按照对等工作份额的原则（各占50%），联合研制一款先进的涡轴发动机，中方命名为涡轴-16，法方命名为“Ardiden 3C”，中国航发动研所负责中方份额的设计工作。涡轴-16发动机的顺利取证将对我国通用航空产业的发展形成有力的支撑，标志着中法航空高科技领域的务实合作取得了重要成果。
在中国民航局的严格审查下，研制团队按照适航规章和审定程序，完成了全部符合性验证工作，于2019年10月9日正式取得了型号合格证，证明其设计制造达到了《民用航空适航规定（CCAR-33）》的安全水平，为该型发动机进入市场及保障AC352直升机安全投入运营奠定了基础。