【行业新闻】百炼成钢 “氢”装起飞——全球首款兆瓦级氢燃料涡桨发动机首飞的背后

导读：“我国航空发动机一直追着国外跑，这一次我们在新能源赛道上，和全球最强者站在同一起跑线上。”4月27日，中国航发集团湖南动力机械研究所（以下简称“动研所”）未来动力总体研究部副部长肖为激动地说。

不久前，动研所自主研制的全球首款兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机AEP100，配装7.5吨级无人运输机在株洲芦淞机场完成首飞。

过去5年，动研所组建专门团队，从零开始，进行百余次试验，终于为中国航空发动机装上氢能“绿心”。

“三无”背景下的艰难开局

2020年，“双碳”目标的提出，让氢能这一绿色能源站到能源变革的舞台中央。

彼时，欧盟已将氢能列为航空脱碳核心路径，着力推动氢涡轮等颠覆性发动机技术研究。

航空发动机的新能源转型势在必行。

2021年3月，动研所成立氢燃料航空发动机研发团队。

摆在研发团队眼前棘手的问题是：无前例参考、无实验条件、无技术人才。作为新赛道，氢燃料航空发动机在国内没有任何经验可资借鉴，国际研究也未有详细公开资料。此外，团队没有实验室、材料、子系统等验证条件。

成立之初的研发团队不到10个人，平均年龄20多岁，缺乏既懂发动机又懂氢能源的人才。

“肖为当时拿着一个PPT，讲氢能的前途，给我画了一个很大的‘饼’。”部门主任设计师彭富霞说，自己之前研发燃油发动机多年，后来因为肖为的“大饼”加入团队。

“刚开始是领导安排，自己做了调研分析后，发现氢能源的确是未来发展方向。”部门一级主管设计师张坤说。

就这样，年轻的未来动力总体研究部在重重困难中踏上征途。

5年攻坚成功完成研发

团队成立不到1年，研制出160千克推力小型氢燃料涡喷发动机。

受客观条件制约，团队跳过材料、零部件等验证步骤，直接用发动机整机做实验平台。

这样做风险很大，第一次整机验证发动机起火，被完全烧毁。

“氢一喷到发动机里，就听到嘣嘣嘣的声音。它的热量释放时间很短，像炸药一样，一点就炸。”彭富霞介绍。

这群年轻人马不停蹄地开展第二次验证，果不其然，发动机又烧没了。

“试验再次失败，给大家泼了一盆冷水。我们不再闷头干，花了近一年时间，梳理问题，寻找原因，理清思路。”肖为说。

一直以来，传统航空发动机温度是向上探索，即怎么把涡轮前温度不断提高。而怎么让发动机适用于液氢的超低温环境，是在无人区向下探索。

研发过程中存在两大难点：材料适配、燃烧控制。

液氢的温度是-252.8℃，塑料件、电子元器件等材料一碰就脆化，变得像饼干一样易碎。

“我们借鉴航天液氢发动机和中车株机制氢储氢等相关技术，选取适配氢特性的材料，对发动机进行融合创新。”张坤介绍。

同时，团队对氢进行精密热管理。让液氢流经管路进入发动机时，不对控制阀件、芯片等造成损毁，实现温度可控。

“我们用发动机的余热给液氢加热，达到合适温度后，再进入控制系统和燃烧室。”彭富霞说。

更大的挑战接踵而至。如何在精度±0.5%范围内控制氢燃料流量和发动机转速，确保发动机状态可控？

5年攻坚，百余次试验，难题被逐个击破。

2024年12月，兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机首飞前60小时验证完成。

航空产业从株洲“绿色起飞”

今年4月4日，株洲芦淞机场，使用兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机的大型无人机腾空而起。

无人机在300米高空飞行了16分钟、36公里，完成预定科目后顺利返航，首飞成功。

此次试飞，集聚了一个航空产业链的力量。

芦淞区聚集涉航企业60余家，基本形成集航空动力、整机制造、通航运营、配套服务于一体的全产业链。中小航空发动机、轻型运动飞机国内市场占有率分别达90%、80%。

搭载兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机的无人机，来自湖南山河华宇航空科技有限公司，距离动研所不到10分钟车程。

为节约实验时间及成本，研发团队向株洲市政府请求在芦淞机场起飞。株洲市、芦淞区紧急协调，一周内高效走完所有流程。

最短时间内，芦淞机场跑道两端安全区各硬化加宽180米，并将机场南端山体进行降坡处理，以增加飞机滑跑、降落时的安全裕度。

上下游产业链协同及政府支持，加速兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机首飞进程。

“该发动机研制成功，为干线飞机航空动力提供新的发展方向，有着良好的商业前景。”肖为说，氢燃料航空发动机技术将率先在空中无人货运、海岛物流等低空经济领域展开应用，推动湖南乃至全国航空产业绿色低碳高质量发展。

来源：湖南日报

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