【行業新聞】500公斤級氫燃料航空發動機研制樣機已在調試驗證——他們要讓飛機“氫”裝上天

導讀：燒油的飛機大家坐過，燒氫氣的呢？目前這個技術難題，正在四川一點點被攻克。

2024年珠海航展，我國首臺（套）200公斤推力級氫燃料航空渦噴發動機與試驗系統亮相，研發單位之一為中國航發四川燃氣渦輪研究院（下稱中國航發渦輪院）。如今這里“再下一城”——攻克500公斤推力級氫燃料航空渦扇發動機核心鏈條難關，研制樣機已在調試和驗證。

從渦噴到渦扇的持續攻關，正是四川推動氫能發展的寫照。那么，“綠色航空”時代的飛機“心臟”長什么樣？近日，記者到中國航發渦輪院一探究竟。

技術創新
收服“桀驁不馴”的氫氣

“發動機被稱為‘飛機的心臟’，而燃燒室是‘心臟中的心臟’。”中國航發渦輪院新能源航空動力領域技術負責人助理馬存祥指著模型發動機介紹其構成——風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪和噴管等，位于C位的是燃燒室。“里面燃燒的，過去是航空煤油，現在是氫氣。”

氫氣燃燒熱值是航空煤油的近3倍，燃燒后排放物基本是水，清潔無污染。因此，氫能航空動力是未來實現零碳排放的關鍵動力形式之一，全生命周期內可實現航空業75%以上的碳減排。但想讓氫氣老老實實燃燒，卻一點也不容易，主要因為氫氣的“暴脾氣”——易燃易爆，火焰傳播速度是燃油的6倍。

該如何讓“桀驁不馴”的氫氣乖乖聽話？科研團隊在燃燒室構造上下功夫。氫燃燒室中間布置氫氣噴嘴，噴嘴上密布著比芝麻還小的微孔，由此噴射氫氣。“微孔就是治氫氣‘壞脾氣’的法寶。”馬存祥說，一般而言，燃油燃燒噴孔直徑為毫米級。為了削弱氫的“逃逸”，減弱氫氣的高溫，氫燃燒噴孔直徑只有更小，通過密集小孔噴射，與空氣混合燃燒變成微小的多簇火焰，共同產生高溫燃氣沖擊渦輪葉片做功，燃氣最后從噴管高速噴射而出，進而產生推力，使飛機上天。這個獲得國家發明專利的技術，叫“微小尺度的氫燃料混合組織燃燒”——它讓氫因為微小而變得穩定，同時也不會燃爆，成為安全能源。

持續攻關
從小量級到大量級，從渦噴到渦扇

研發路上，中國航發渦輪院并非孤軍作戰。2010年左右，西南石油大學化學化工學院教授唐鋆磊科研小組加入進來。該校在天然氣制氫等系列技術上有持續深入研究。

強強聯手，研發進程加快。2021年，“微小尺度的氫燃料混合組織燃燒”技術研究啟動，將200公斤推力級燃油渦噴發動機改造為氫發動機。研究小組建立首臺（套）氫渦輪發動機移動試車臺，并于2024年8月完成整機地面試驗驗證——氫發動機首次點火一次成功，試驗后發動機技術狀態良好。

在珠海航展上的成功亮相，極大地鼓舞了研究小組的信心。他們把目光投向“第二階段”——500公斤推力級氫燃料航空渦扇發動機。從200公斤推力到500公斤推力、從渦噴到渦扇，量級增加了，難度也變高了。在業內人士看來，渦噴的優勢在于飛得快，渦扇的長處在于飛得遠、經濟性好，商用飛機大多采用渦扇發動機。

“氫的燃燒已有解決方案，目前正在聯合中國計量大學攻關氫氣計量難題，尋找儲氫罐新材料合作方。”中國航發渦輪院相關技術負責人說，500公斤推力級研制雖然還在技術驗證階段，離真正裝在飛機上還有距離，但可先用在無人機上，循序推進。

眼下國內航空發動機企業都在探索新能源途徑，四川有沒有可能走在前面？“四川氫能產業正處于快速上升階段，并且是國內少有的氫能全產業鏈條齊全的省份，非常有可能形成氫能航空發動機的先發優勢。”唐鋆磊說。

來源：四川日報

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