中国航发不烧油改烧液氢？新一代AEP100点火成功，不怕飞机没油烧

本文作者——迟惑｜《太空探索》杂志专业撰稿人

本轮美伊冲突引发的全球能源危机愈演愈烈，中国向新能源转型也开始加速。在能源消耗端，中国的新能源转型不仅停留在汽车领域，而且开始向航空领域扩展。适用于较小型航空器的纯电驱动EVTOL和固定翼飞机在过去几年已经出现了很多型号，近期中国还发布了60kW级增程式混合动力电涵道航空发动机。最新的成就是，中国航空发动机集团近日发布了一款液态氢燃料涡轮螺旋桨发动机AEP100，已经成功完成地面点火和性能调试测试，所有指标保持正常。这意味着中国已经正式掌握液态氢燃料航空涡轮动力的关键技术，处于世界领先地位。

（液态氢燃料涡轮螺旋桨发动机AEP100地面测试的照片）

AEP100系列涡桨发动机的模型过去几年就已经在一些展会上展示过，主要适配中小型的运输机、教练机和中空长航时无人机等平台，已经被安装在白鲸航线W5000无人运输机上试飞。常规型号的AEP100使用航空煤油作为燃料，起飞功率约900千瓦。这次中国航发测试的AEP100使用液氢作为燃料，与使用航空煤油的AEP100相比做了很大改进，突破和多项核心技术，其基础功率已经达到“兆瓦级”。

（使用航空煤油作为燃料的AEP100模型在几年前的展会上）

那么，中国为何要在液氢燃料航空发动机上发力呢？一方面是因为全球航空工业也有环保和脱碳的绿色转型需求，同时中国也需要让航空工业摆脱对石油燃料的依赖，另一方面液氢本身的特性也让它成为取代航空煤油的理想燃料。首先，液氢燃烧后的主要产物是水蒸气，接近零碳排放；其次，液氢的质量能力密度极高，同等重量的热值是航空煤油的3倍，这意味着携带相同重量的燃料，液氢飞机能够提供更远的航程；此外，液氢沸点温度为零下253摄氏度，是天然的冷却剂，可以用于发动机冷却、提升发动机热效率，甚至可能为未来的高超音速飞行器提供热防护；最后，氢气本身点火快、燃烧稳定，适用于航空发动机。

（灰氢、蓝氢和绿氢的概念）

不过将液氢燃料用于航空发动机绝非易事，其超低温特性对发动机材料的耐低温性、密封技术以及燃料运输系统的低温适应性提出了极高的要求。其存储环境要求研发多层高真空绝热复合材料储罐，既要保证长时间飞行不蒸发过多，又要控制重量；从储罐到燃烧室，液氢在气化过程中的压力与温度控制极其精密，需要全新的低温泵、阀门和计量系统；氢分子极小，易渗入金属晶格导致材料脆化，因此发动机核心机及管路材料需特殊选型与涂层防护；虽然液氢燃烧后的主要产物是水蒸气，但在高空高温下可能产生大量氮氧化物NOx造成大气污染，必须开发“贫油预混”或“微孔喷射”等特殊燃烧技术，防止回火并抑制NOx生成；此外，涡轮螺旋桨发动机的动力匹配和燃烧效率优化等问题是液氢航空动力技术研发中的核心难题。这次AEP100液氢燃料涡桨发动机进行地面成功测试，验证了中国在解决上述技术难题中研发的核心技术，为中国航空业的绿色转型提供了全新的技术解决方案。

当然，将液氢燃料用于航空器还需要解决更多难题，比如氢燃料的体积能量密度非常低，同等能量下体积是航空煤油的4倍，导致航空器需要巨大的储氢罐，对航空器的气动布局设计提出了新的挑战。但它的缺点并不是非常致命，未来一定能够在型号设计上解决。

（中国已经是绿氢的全球第一大生产国）

中国发展氢燃料航空发动机有很大优势。氢气按照制造过程中排放二氧化碳的程度可以分为灰氢、蓝氢和绿氢三种，绿氢生产过程中完全没有二氧化碳排放，而中国已经成为世界上最大的绿氢生产国，2023年的产量就已经达到排在后方的五六个国家的总和，现在的优势更大；大家都知道日本在新能源汽车领域选择了氢燃料电池技术，虽然在该技术上投入巨大，但产业链仍然不断萎缩，但很多人不知道的是，中国也在氢燃料电池汽车领域处于世界领先地位，与日本主要发展家用车不同的是我国主要发展商用车，以氢燃料卡车为主。借着氢燃料汽车产业的技术积累，在过去十几年中我国在氢气的存储、运输等技术上取得了长足进步，为研制液氢航空发动机打下了坚实的基础。

（美国普惠公司的液氢燃料涡扇发动机概念图）

全球液氢航空发动机领域的竞争者主要是中国、美国和欧洲，目前都没有实用化的产品在型号上使用，因此中国航发目前的进度可以说是世界领先。美国是以普惠公司研制的氢燃料涡扇发动机项目为主，一些初创企业在验证“氢燃料电池+电动机”的混合动力路径，欧洲则是以空客公司为核心，联合赛峰和罗罗等发动机巨头探索氢涡桨和氢涡扇等全谱系的解决方案。但是在短期内这些技术可能仅会在小型飞机和无人机上试验，支线飞机使用氢动力涡桨发动机可能要等到2035年之后，干线客机使用氢动力涡扇发动机甚至可能要等到2050年。在这一领域，我国必将成为欧洲和美国最有力的竞争者。