AES100：為中輕型直升機(jī)提供強(qiáng)勁動(dòng)力

■ 王旭 謝亞東 / 中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所

5～6t級(jí)中型雙發(fā)直升機(jī)在警用航空、森林滅火、城市消防、海上救援及海上石油運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有獨(dú)特的重要作用，未來市場(chǎng)需求廣闊。由中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所研制的AES100渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，可為中輕型直升機(jī)提供強(qiáng)勁動(dòng)力。

研制背景

目前，我國(guó)已開始逐步開放低空空域，并規(guī)劃了12個(gè)低空試驗(yàn)區(qū)（包括四川?。?020年國(guó)內(nèi)通航機(jī)場(chǎng)將達(dá)到500個(gè)，中國(guó)通航將迎來歷史性的發(fā)展機(jī)遇。

直升機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、自由起降的獨(dú)特性能，其作業(yè)領(lǐng)域不僅可以用于普通的城市運(yùn)輸和救援，還可以擴(kuò)展到海上、山區(qū)、森林等復(fù)雜環(huán)境下，具有巨大的發(fā)展空間。

針對(duì)未來通航中型雙發(fā)直升機(jī)市場(chǎng)需求，中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所開展了AES100民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)(圖1)研究，功率等級(jí)為1000kW級(jí)，耗油率為0.285kg/(kW·h)，可配裝5～6t雙發(fā)直升機(jī)，也可配裝3t級(jí)單發(fā)直升機(jī)，在經(jīng)濟(jì)性、可靠性、維修性、安全性、售后服務(wù)等方面具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可滿足未來雙發(fā)中型直升機(jī)和單發(fā)輕型直升機(jī)對(duì)動(dòng)力的需求。

圖1 AES100發(fā)動(dòng)機(jī)及其先進(jìn)技術(shù)

技術(shù)特點(diǎn)

AES100發(fā)動(dòng)機(jī)采用了中等熱力循環(huán)、高效率、長(zhǎng)壽命、高可靠性、大功率儲(chǔ)備及良好可發(fā)展性的技術(shù)路線，由組合壓氣機(jī)、環(huán)形回流燃燒室、雙級(jí)燃?xì)鉁u輪、雙級(jí)動(dòng)力渦輪、附件傳動(dòng)等部件，以及全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)等組成；發(fā)動(dòng)機(jī)采用了先進(jìn)的壓氣機(jī)、渦輪等氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)及軸承共腔、環(huán)下供油、集成化附件傳動(dòng)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，配有性能預(yù)測(cè)、壽命管理等功能的健康管理系統(tǒng)；發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的安全性、可靠性、保障性和維護(hù)性。

圖2 裝機(jī)對(duì)象模型

在氣動(dòng)性能方面，AES100發(fā)動(dòng)機(jī)采用了三維葉片設(shè)計(jì)技術(shù)，優(yōu)化了葉片構(gòu)型，提高了壓氣機(jī)和渦輪部件效率；在壓氣機(jī)上采用可調(diào)導(dǎo)葉設(shè)計(jì)、軸流和離心之間設(shè)置放氣閥門，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速氣動(dòng)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(chǎng)；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(shè)計(jì)，得到了較高的冷卻效率，提高了整機(jī)循環(huán)參數(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率、功重比等參數(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)。

在提高可靠性方面，AES100發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鉁u輪和動(dòng)力渦輪采用帶軸承共腔結(jié)構(gòu)的渦輪間過渡段支承布局，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)軸向長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型；附件機(jī)匣采用了管路內(nèi)置和成附件集成化方案，使外部管路減少了70%；通過對(duì)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(jié)構(gòu)，無余量整體精密鑄造成形，減少零件數(shù)量。

在安全性方面，根據(jù)適航規(guī)章要求，AES100發(fā)動(dòng)機(jī)開展了適航符合性技術(shù)研究，采取了多項(xiàng)安全設(shè)計(jì)措施。其數(shù)控系統(tǒng)采用了全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)，重要傳感器、電液伺服閥、軟件、超轉(zhuǎn)保護(hù)電路等均采用了多余度設(shè)計(jì)，提升了系統(tǒng)的安全性；通過葉片包容性設(shè)計(jì)，避免因負(fù)載丟失導(dǎo)致渦輪破裂擊穿機(jī)匣，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)安全裕度；壓氣機(jī)葉片采用了多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了葉片抗外物損傷能力，使發(fā)動(dòng)機(jī)能適應(yīng)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(shè)計(jì)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全；通過采用抗污染設(shè)計(jì)，提高了燃油系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)的抗燃油污染能力。

在環(huán)境適應(yīng)方面，AES100發(fā)動(dòng)機(jī)針對(duì)中國(guó)地域廣袤，高原環(huán)境多的特點(diǎn)，留有較大的設(shè)計(jì)功率裕度，能保證在我國(guó)的廣大領(lǐng)域使用；整體氣動(dòng)和構(gòu)型布局具有較大的功率增長(zhǎng)潛力，可通過更換增大流量的壓氣機(jī)，進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)功率增長(zhǎng)；為適應(yīng)結(jié)冰環(huán)境，進(jìn)氣裝置采用了多層結(jié)構(gòu)，使進(jìn)氣機(jī)匣與滑油箱、防冰系統(tǒng)一體化，同時(shí)具備防冰功能和滑油儲(chǔ)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(shí)還大幅減少發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)采用了單元體設(shè)計(jì)，可較方便地實(shí)現(xiàn)維護(hù)和維修工作；在不同位置設(shè)了多個(gè)檢查孔，可在不拆下發(fā)動(dòng)機(jī)的條件下用孔探儀檢查壓氣機(jī)葉片、燃燒室和渦輪葉片；裝備機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)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(yù)測(cè)、壽命管理、振動(dòng)診斷、潤(rùn)滑系統(tǒng)檢測(cè)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(dòng)機(jī)已正式立項(xiàng)研制。中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所在今年5月首次以供應(yīng)商大會(huì)的形式推介了AES100民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，今年11月將以整機(jī)實(shí)物正式亮相于珠海第12屆中國(guó)航展。AES100采用了先進(jìn)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，具有高性能，高可靠性、維修性和經(jīng)濟(jì)性較好的技術(shù)特點(diǎn)，并根據(jù)適航規(guī)章要求，將適航理念貫徹到設(shè)計(jì)、試制和試驗(yàn)工作中，預(yù)計(jì)2024年獲得型號(hào)合格證，可為國(guó)內(nèi)外通用航空市場(chǎng)提供先進(jìn)的1000kW級(jí)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。