2023年直升機動力進展

■ 張穩 / 中國航空發動機研究院

2023年，直升機配裝的傳統渦軸發動機在軍民領域均有新的進展，幾家行業巨擘的產品譜系愈發完善，領先優勢不斷擴大；直升機用混合電推進技術則方興未艾，各型號均處于開發測試的早期階段，距成熟應用尚有差距。

傳統的直升機動力均是渦軸發動機形式，在國際市場上，幾家老牌渦軸發動機公司積累深厚，不斷推陳出新。近年來，由于環保法規和技術進步的雙重推動，直升機動力也在向混合電推進轉型。同時，部分公司正在嘗試在傳統渦軸發動機上使用可持續航空燃料（SAF），作為混合電推進技術成熟前的過渡手段。

傳統動力

美國GE公司、法國賽峰集團和俄羅斯克里莫夫公司在直升機動力領域持續深耕，3家公司在2023年又取得了新的進展；印度斯坦航空有限公司（HAL）借由國際合作和基礎設施建設，不斷加強自身渦軸發動機研發能力；渦軸16發動機的量產交付，標志著我國也已加入了直升機動力的國際競爭。

賽峰集團和HAL共同開發新一代直升機發動機

2023年2月，賽峰集團和HAL簽署了一項工作共享協議，共同開發用于印度未來13t級多用途直升機（IMRH）及其海軍型甲板多用途直升機（DBMRH）的發動機。遵循前期雙方簽署協議的后續安排，2023年7月，兩家公司在印度成立合資公司，致力于直升機發動機的設計、開發、生產、銷售和服務。

阿赫耶2K發動機

賽峰集團阿赫耶2K發動機配裝新直升機首飛

2023年3月，萊昂納多公司的AW09輕型直升機配裝阿赫耶（Arriel）2K發動機后在瑞士莫利斯實現首飛，達到重要里程碑，該機計劃于2024年年底獲得認證。首次飛行持續了20min，完成所有測試目標，包括低空懸停、原地轉彎、速度為37km/h的直線和側向飛行，以及多次著陸和起飛，后續將進行飛行包線擴展測試。賽峰集團已累計生產15000臺阿赫耶系列發動機，為各種直升機提供動力，包括空客AStar系列、萊昂納多AW109和西科斯基S-76等。

土耳其重型武裝直升機配裝烏克蘭發動機首飛

2023年4月，土耳其航空航天工業公司研發的T929重型武裝直升機原型機實現首飛，使土耳其成為繼美國、俄羅斯、南非之后世界上第四個獨立研制出重型武裝直升機的國家。T929重型武裝直升機總質量為11.5t，最大武器載荷為1.5t，最大飛行速度為315km/h，升限約6100m，首飛時配裝2臺烏克蘭馬達西奇TV3-117VMA-SBM1V-01T渦軸發動機，單臺起飛功率為1838kW，巡航額定功率為1287kW。

俄羅斯持續推進渦軸發動機國產替代工作

2023年5月，克里莫夫公司對外披露，已完成VK-1600V發動機的地面試驗，該發動機將于2024年安裝在卡-62直升機上進一步試飛。VK-1600V發動機的起飛功率為1029kW，2.5min應急功率可達1287kW，與同類產品相比，質量減輕了10%，各個功率模式下的耗油率都有所降低。VK-1600V發動機未來還可用于無人機、輕型客機和地區性運輸機等。

由于普惠加拿大公司已停止向俄羅斯提供安薩特（Ansat）輕型直升機配裝的PW207K發動機，克里莫夫公司已開始生產VK-650V發動機，擬用于替換PW207K發動機。VK-650V發動機使用了數字化設計技術和3D打印的零部件，最大功率為478kW（PW207K發動機最大功率為463kW），使用壽命為3000h，并有進一步增加壽命的潛力。目前，該發動機已完成工程測試，所有主要技術參數都經過試驗確認，并計劃于2024年開展飛行試驗，預計2025年獲得型號認證并向喀山直升機廠批量交付。

VK-650V發動機

T901發動機

GE公司T901發動機日趨成熟

2023年，GE公司新開發的T901發動機取得多項里程碑成果。該發動機采用數字化設計技術，并使用陶瓷基復合材料（CMC）和3D打印零件等，相比于上一代T700發動機，提高了50%的輸出功率（達到2237kW）和20%的設計壽命，降低了25%的油耗，從而實現了更低的全生命周期成本。未來，T901發動機有望全面替換UH-60“黑鷹”直升機和AH-64“阿帕奇”直升機現裝的T700發動機。

2023年8月，美國陸軍授予西科斯基公司一份800萬美元的合同，用于資助該公司將T901發動機整合到UH-60“黑鷹”直升機機隊中，開展集成所需的數據收集和測試。T901發動機具有與T700發動機相似的外廓尺寸和相同的安裝接口，可實現原位換裝。換裝后，新發動機能夠使UH-60“黑鷹”直升機的航程增加161%、載荷增加150%。

2023年10月，GE公司向FARA項目的競標單位貝爾公司和西科斯基公司分別交付了1臺T901發動機，以支持進行競標直升機和發動機的集成測試，兩家公司將于2024年開展地面測試和首飛。

HAL建成新型發動機研發設施

2023年12月，HAL航空發動機研究與開發中心（AERDC）舉行了新型發動機設計和測試設施落成典禮。該設施占地面積超過10000m2，配有一個用于測試1200kW印度斯坦渦輪軸發動機（HTSE）試驗臺。此外，新設施還將用于測試“美洲豹”攻擊機的空氣發生器、輕型戰斗機的燃氣渦輪起動裝置（GTSU）110 M2和127E、印度多用途直升機和先進中型戰斗機的輔助動力裝置、安-32飛機的燃氣渦輪發電機（GTEG）-60，并建立了對發動機部件和外場可更換單元（LRU）進行各種關鍵測試的裝置。

首批量產渦軸16發動機交付用戶

2023年12月，首批量產渦軸16發動機交付用戶，標志著中國航發民用航空發動機產品邁出了產業化發展的關鍵一步，充分展示了我國在民用航空發動機這一高科技領域的研制實力和市場能力。

渦軸16發動機是我國最新一型嚴格按照適航規章研制取證的渦軸發動機，起飛功率不小于1240kW，質量不超過223.5kg，耗油率（最大連續功率狀態）不大于0.294kg/（kW·h），實用升限6000m，可靠性高、翻修間隔時間長，整體性能達到國際先進水平。渦軸16發動機于2019年10月取得型號合格證（TC），2021年3月取得生產許可證（PC），可配裝AC352等7t級雙發直升機，廣泛應用于搜索救援、海油作業、人員運輸、醫療救護和商務包機等領域。

混合電推進

基于現有渦軸發動機開發混合電推進系統，是直升機實現混合電推進的主要技術路徑之一。2023年，美國、法國、俄羅斯等老牌直升機動力強國均在這一技術路線上有新的進展，將驗證混合電推進在直升機航程和高速飛行方面的技術優勢。

美國SOCOM將與DARPA聯合推進混合電推進直升機研發

2023年4月，美國特種作戰司令部（SOCOM）宣布，SOCOM將與美國國防預先研究計劃局（DARPA）合作，共同推進混合電推進直升機的研發。SOCOM認為，目前全電或以電動為主的直升機方案，均不能滿足特種作戰直升機的長時間懸停等需求，因此在現有基礎上尋求與DARPA合作推動混合電推進直升機的研發。SOCOM的初步研究表明，混合電推進相比于傳統動力，可實現直升機性能的跨越式提升，將飛行速度提高25%～100%或者將航程增加25%～75%。

賽峰集團開展直升機混合電推進系統測試

2023年6月，賽峰集團對其“節能模式”（Eco Mode）混合電推進系統進行了地面測試，該系統為雙發直升機“競速者”（Racer）而設計。在巡航狀態下，1臺發動機處于待機狀態，另1臺發動機以更節能的功率狀態運行，可減少約15%的燃料消耗，并增加直升機的航程。在著陸或緊急情況下，智能輔助電動機會迅速重新起動待機的發動機，自動恢復到雙發全功率狀態。

渦軸16發動機

“節能模式”混合電推進系統由法國民航局（DGAC）資助，使用了賽峰集團的阿內托-1A（Aneto-1A）發動機和電動快速重起系統，該系統將發動機的電子控制系統與一個高功率密度的電動機結合起來，機械連接到發動機的高壓轉子上。阿內托-1A發動機的最大功率可達1838kW，2臺發動機可支持“競速者”直升機保持最高400km/h的遠程巡航速度。

UEC開發的混合電推進系統驗證機

空客公司推出新型飛行試驗平臺測試混合電推進系統

2023年9月，空客公司推出了其最新的技術驗證機“先鋒實驗室”（Pioneer Lab），用來測試減少直升機排放、提高自主性以及集成生物基材料的相關技術。“先鋒實驗室”是一型基于H145直升機開發的雙發技術驗證機，通過使用混合電推進系統和直升機空氣動力學改裝，其目標是比改裝前的H145直升機減少30%的油耗，為快速測試技術提供敏捷和高效的測試平臺。

UEC將開始測試基于渦軸發動機的混合電推進系統

2023年8月，俄羅斯聯合發動機制造集團（UEC）開始測試基于VK-650V渦軸發動機的混合電推進系統演示驗證機。該系統可用于無人機、多用途直升機和輕型固定翼飛機，整機功率為500kW，由1臺VK-650V渦軸發動機、2臺電動機以及自動控制系統（ACS）等組成。

使用SAF

由于整體的排放規模較小，直升機動力適配SAF的腳步落后于固定翼客機用的渦扇發動機，更多是結合成熟的SAF技術，進行適配測試。

NH90直升機使用100% SAF試飛

2023年2月，法國國防部武器裝備總署（DGA）首次試飛了1架使用SAF的NH90直升機。該直升機采用雙發布局，配裝2臺賽峰集團RTM322渦軸發動機，其中1臺發動機使用了100% SAF，此次飛行沒有對發動機進行任何修改。試飛由賽峰集團、空客公司和道達爾能源公司合作完成，道達爾能源公司使用加氫酯和脂肪酸（HEFA）工藝，基于回收的食用油生產SAF，碳足跡是化石燃料的四分之一，符合歐盟對SAF 65%的減排要求。

貝爾505直升機使用100% SAF試飛

2023 年2 月，貝爾公司與賽峰集團、吉凱恩（GKN）公司、耐斯特（Neste）公司以及Virent 公司共同合作，完成了全球首架單發直升機（貝爾505）使用100%SAF 飛行的試驗。此次飛行試驗中所使用的SAF 是由耐斯特公司從廢棄食用油和其他生物基原料中提煉出來的，包含了由可再生植物糖制成的芳香烴成分，將該成分添加至純SAF 中，使之無需與傳統化石燃料混合使用。

結束語

傳統渦軸發動機還在向著更高功率、更低油耗、更長壽命發展，說明這一動力形式還具有可挖掘的潛力，需要持久投入、接續研發。GE公司借助T901發動機的不斷成熟，再一次為行業樹立了新的標桿，進一步確立了其在傳統渦軸發動機領域的技術領先優勢。新興混合電推進技術即使不考慮環保壓力，在油耗、分布式推進布局等方面也有著更優秀的表現，很可能是直升機動力未來的主流形式，SOCOM和DARPA試圖將這一動力形式率先應用于軍事領域，而歐洲的政府機構和制造商則更傾向于先在民用飛機上使用，顯示了美歐之間的不同思路。