500公斤级氢燃料航空发动机研制样机已在调试验证

他们要让飞机“氢”装上天

□四川日报全媒体记者 张红霞

　　●党的二十届四中全会通过的“十五五”规划建议提出，前瞻布局未来产业，探索多元技术路线、典型应用场景、可行商业模式、市场监管规则，推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点。

　　烧油的飞机大家坐过，烧氢气的呢？目前这个技术难题，正在四川一点点被攻克。
　　2024年珠海航展，我国首台（套）200公斤推力级氢燃料航空涡喷发动机与试验系统亮相，研发单位之一为中国航发四川燃气涡轮研究院（下称中国航发涡轮院）。如今这里“再下一城”——攻克500公斤推力级氢燃料航空涡扇发动机核心链条难关，研制样机已在调试和验证。
　　从涡喷到涡扇的持续攻关，正是四川推动氢能发展的写照。那么，“绿色航空”时代的飞机“心脏”长什么样？近日，记者到中国航发涡轮院一探究竟。

技术创新
收服“桀骜不驯”的氢气
　　“发动机被称为‘飞机的心脏’，而燃烧室是‘心脏中的心脏’。”中国航发涡轮院新能源航空动力领域技术负责人助理马存祥指着模型发动机介绍其构成——风扇、压气机、燃烧室、涡轮和喷管等，位于C位的是燃烧室。“里面燃烧的，过去是航空煤油，现在是氢气。”
　　氢气燃烧热值是航空煤油的近3倍，燃烧后排放物基本是水，清洁无污染。因此，氢能航空动力是未来实现零碳排放的关键动力形式之一，全生命周期内可实现航空业75%以上的碳减排。但想让氢气老老实实燃烧，却一点也不容易，主要因为氢气的“暴脾气”——易燃易爆，火焰传播速度是燃油的6倍。
　　该如何让“桀骜不驯”的氢气乖乖听话？科研团队在燃烧室构造上下功夫。氢燃烧室中间布置氢气喷嘴，喷嘴上密布着比芝麻还小的微孔，由此喷射氢气。“微孔就是治氢气‘坏脾气’的法宝。”马存祥说，一般而言，燃油燃烧喷孔直径为毫米级。为了削弱氢的“逃逸”，减弱氢气的高温，氢燃烧喷孔直径只有更小，通过密集小孔喷射，与空气混合燃烧变成微小的多簇火焰，共同产生高温燃气冲击涡轮叶片做功，燃气最后从喷管高速喷射而出，进而产生推力，使飞机上天。这个获得国家发明专利的技术，叫“微小尺度的氢燃料混合组织燃烧”——它让氢因为微小而变得稳定，同时也不会燃爆，成为安全能源。

持续攻关
从小量级到大量级，从涡喷到涡扇
　　研发路上，中国航发涡轮院并非孤军作战。2010年左右，西南石油大学化学化工学院教授唐鋆磊科研小组加入进来。该校在天然气制氢等系列技术上有持续深入研究。
　　强强联手，研发进程加快。2021年，“微小尺度的氢燃料混合组织燃烧”技术研究启动，将200公斤推力级燃油涡喷发动机改造为氢发动机。研究小组建立首台（套）氢涡轮发动机移动试车台，并于2024年8月完成整机地面试验验证——氢发动机首次点火一次成功，试验后发动机技术状态良好。
　　在珠海航展上的成功亮相，极大地鼓舞了研究小组的信心。他们把目光投向“第二阶段”——500公斤推力级氢燃料航空涡扇发动机。从200公斤推力到500公斤推力、从涡喷到涡扇，量级增加了，难度也变高了。在业内人士看来，涡喷的优势在于飞得快，涡扇的长处在于飞得远、经济性好，商用飞机大多采用涡扇发动机。
　　“氢的燃烧已有解决方案，目前正在联合中国计量大学攻关氢气计量难题，寻找储氢罐新材料合作方。”中国航发涡轮院相关技术负责人说，500公斤推力级研制虽然还在技术验证阶段，离真正装在飞机上还有距离，但可先用在无人机上，循序推进。
　　眼下国内航空发动机企业都在探索新能源途径，四川有没有可能走在前面？“四川氢能产业正处于快速上升阶段，并且是国内少有的氢能全产业链条齐全的省份，非常有可能形成氢能航空发动机的先发优势。”唐鋆磊说。