【行業(yè)新聞】500公斤級氫燃料航空發(fā)動機研制樣機已在調(diào)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(shù)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(fā)動機與試驗系統(tǒng)亮相，研發(fā)單位之一為中國航發(fā)四川燃氣渦輪研究院（下稱中國航發(fā)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(fā)動機核心鏈條難關(guān)，研制樣機已在調(diào)試和驗證。

從渦噴到渦扇的持續(xù)攻關(guān)，正是四川推動氫能發(fā)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(fā)渦輪院一探究竟。

技術(shù)創(chuàng)新
收服“桀驁不馴”的氫氣

“發(fā)動機被稱為‘飛機的心臟’，而燃燒室是‘心臟中的心臟’?！敝袊桨l(fā)渦輪院新能源航空動力領(lǐng)域技術(shù)負責人助理馬存祥指著模型發(fā)動機介紹其構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)零碳排放的關(guān)鍵動力形式之一，全生命周期內(nèi)可實現(xiàn)航空業(yè)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?zhèn)鞑ニ俣仁侨加偷?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(gòu)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?！瘪R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(chǎn)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(chǎn)生推力，使飛機上天。這個獲得國家發(fā)明專利的技術(shù)，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(wěn)定，同時也不會燃爆，成為安全能源。

持續(xù)攻關(guān)
從小量級到大量級，從渦噴到渦扇

研發(fā)路上，中國航發(fā)渦輪院并非孤軍作戰(zhàn)。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(shù)上有持續(xù)深入研究。

強強聯(lián)手，研發(fā)進程加快。2021年，“微小尺度的氫燃料混合組織燃燒”技術(shù)研究啟動，將200公斤推力級燃油渦噴發(fā)動機改造為氫發(fā)動機。研究小組建立首臺（套）氫渦輪發(fā)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(fā)動機首次點火一次成功，試驗后發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)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(fā)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(yè)內(nèi)人士看來，渦噴的優(yōu)勢在于飛得快，渦扇的長處在于飛得遠、經(jīng)濟性好，商用飛機大多采用渦扇發(fā)動機。

“氫的燃燒已有解決方案，目前正在聯(lián)合中國計量大學攻關(guān)氫氣計量難題，尋找儲氫罐新材料合作方。”中國航發(fā)渦輪院相關(guān)技術(shù)負責人說，500公斤推力級研制雖然還在技術(shù)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(nèi)航空發(fā)動機企業(yè)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(chǎn)業(yè)正處于快速上升階段，并且是國內(nèi)少有的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈條齊全的省份，非常有可能形成氫能航空發(fā)動機的先發(fā)優(yōu)勢?！碧其]磊說。

來源：四川日報

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