■ 王旭 謝亞東 / 中國航發(fā)動研所

5～6t級中型雙發(fā)直升機在警用航空、森林滅火、城市消防、海上救援及海上石油運輸等領域具有獨特的重要作用，未來市場需求廣闊。由中國航發(fā)動研所研制的AES100渦軸發(fā)動機，可為中輕型直升機提供強勁動力。

研制背景

目前，我國已開始逐步開放低空空域，并規(guī)劃了12個低空試驗區(qū)（包括四川省），至2020年國內通航機場將達到500個，中國通航將迎來歷史性的發(fā)展機遇。

直升機具有機動靈活、自由起降的獨特性能，其作業(yè)領域不僅可以用于普通的城市運輸和救援，還可以擴展到海上、山區(qū)、森林等復雜環(huán)境下，具有巨大的發(fā)展空間。

針對未來通航中型雙發(fā)直升機市場需求，中國航發(fā)動研所開展了AES100民用渦軸發(fā)動機(圖1)研究，功率等級為1000kW級，耗油率為0.285kg/(kW·h)，可配裝5～6t雙發(fā)直升機，也可配裝3t級單發(fā)直升機，在經濟性、可靠性、維修性、安全性、售后服務等方面具有一定的市場競爭力，可滿足未來雙發(fā)中型直升機和單發(fā)輕型直升機對動力的需求。

圖1 AES100發(fā)動機及其先進技術

技術特點

AES100發(fā)動機采用了中等熱力循環(huán)、高效率、長壽命、高可靠性、大功率儲備及良好可發(fā)展性的技術路線，由組合壓氣機、環(huán)形回流燃燒室、雙級燃氣渦輪、雙級動力渦輪、附件傳動等部件，以及全權限數字式電子控制系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)等組成；發(fā)動機采用了先進的壓氣機、渦輪等氣動設計技術及軸承共腔、環(huán)下供油、集成化附件傳動等結構設計技術，配有性能預測、壽命管理等功能的健康管理系統(tǒng)；發(fā)動機具有良好的安全性、可靠性、保障性和維護性。

圖2 裝機對象模型

在氣動性能方面，AES100發(fā)動機采用了三維葉片設計技術，優(yōu)化了葉片構型，提高了壓氣機和渦輪部件效率；在壓氣機上采用可調導葉設計、軸流和離心之間設置放氣閥門，提高了發(fā)動機中低轉速氣動穩(wěn)定性；燃燒室采用低污染小流量離心噴嘴，獲得了良好的燃燒室效率和出口溫度場；采用了多腔回流通道、沖擊、氣膜等多種組合冷卻方式的渦輪葉片冷卻設計，得到了較高的冷卻效率，提高了整機循環(huán)參數；發(fā)動機耗油率、功重比等參數與國際先進水平相當。

在提高可靠性方面，AES100發(fā)動機的燃氣渦輪和動力渦輪采用帶軸承共腔結構的渦輪間過渡段支承布局，縮短發(fā)動機軸向長度，簡化了發(fā)動機構型；附件機匣采用了管路內置和成附件集成化方案，使外部管路減少了70%；通過對沖擊、氣膜和發(fā)散組合冷卻的布局優(yōu)化，大幅降低了燃燒室壁溫，提高了可靠性和壽命；部分零部件采用了整環(huán)結構，無余量整體精密鑄造成形，減少零件數量。

在安全性方面，根據適航規(guī)章要求，AES100發(fā)動機開展了適航符合性技術研究，采取了多項安全設計措施。其數控系統(tǒng)采用了全權限數字式電子控制系統(tǒng)，重要傳感器、電液伺服閥、軟件、超轉保護電路等均采用了多余度設計，提升了系統(tǒng)的安全性；通過葉片包容性設計，避免因負載丟失導致渦輪破裂擊穿機匣，提高了發(fā)動機安全裕度；壓氣機葉片采用了多學科優(yōu)化設計，提高了葉片抗外物損傷能力，使發(fā)動機能適應更加惡劣的外部環(huán)境；燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)以及成附件均采用了防火設計，確保發(fā)動機安全；通過采用抗污染設計，提高了燃油系統(tǒng)伺服機構的抗燃油污染能力。

在環(huán)境適應方面，AES100發(fā)動機針對中國地域廣袤，高原環(huán)境多的特點，留有較大的設計功率裕度，能保證在我國的廣大領域使用；整體氣動和構型布局具有較大的功率增長潛力，可通過更換增大流量的壓氣機，進行適應性改進，實現(xiàn)功率增長；為適應結冰環(huán)境，進氣裝置采用了多層結構，使進氣機匣與滑油箱、防冰系統(tǒng)一體化，同時具備防冰功能和滑油儲存功能。燃燒室優(yōu)化了渦流器與燃油噴嘴匹配，在提高燃燒效率的同時還大幅減少發(fā)動機在大功率狀態(tài)下的污染排放。

在保障性和維修性方面，發(fā)動機采用了單元體設計，可較方便地實現(xiàn)維護和維修工作；在不同位置設了多個檢查孔，可在不拆下發(fā)動機的條件下用孔探儀檢查壓氣機葉片、燃燒室和渦輪葉片；裝備機載發(fā)動機監(jiān)控組件和地面分析系統(tǒng)的健康管理系統(tǒng)，具有性能預測、壽命管理、振動診斷、潤滑系統(tǒng)檢測等功能，可極大提高使用維修性。

發(fā)展前景

AES100民用渦軸發(fā)動機已正式立項研制。中國航發(fā)動研所在今年5月首次以供應商大會的形式推介了AES100民用渦軸發(fā)動機，今年11月將以整機實物正式亮相于珠海第12屆中國航展。AES100采用了先進的氣動設計技術，具有高性能，高可靠性、維修性和經濟性較好的技術特點，并根據適航規(guī)章要求，將適航理念貫徹到設計、試制和試驗工作中，預計2024年獲得型號合格證，可為國內外通用航空市場提供先進的1000kW級渦軸發(fā)動機動力。