Turboshaft Engine Demonstrates Airworthiness

近日，搭载最新增强型AES100系列发动机的新型倾转旋翼机，在黑龙江省齐齐哈尔市顺利完成飞行测试。这标志着中国首款自主研发的先进1000千瓦级民用航空涡轴发动机在适航验证方面取得重大进展。

▲ AES1000发动机展示图（图片来源：中国航空发动机集团）

AES100是中国首款自主研发的先进1000千瓦级民用航空涡轴发动机。为确保其符合适航标准，研发团队开展了一系列高难度、高风险的适航试验，攻克了多项技术难关。

极端条件下的耐久性考验

首项挑战是为期150小时的耐久性试验。该试验包含25组、每组6小时的循环运行，旨在模拟发动机全寿命周期中最严苛的工作条件。

AES100副总设计师杨燕指出，最艰难的部分在于“三红线”测试，即要求发动机的推力、转子转速和燃气温度同时达到设计极限，且每个循环需稳定运行6小时。由于燃烧室内温度分布天然不均，测试会加剧这种不均匀性，可能导致局部过热并损坏涡轮叶片。因此，最大程度缓解温度不均是通关关键。

团队曾研究过100多种配置以确保稳定燃烧，但初期方案在测试中表现不佳，频繁出现喷嘴表面积碳和燃烧室出口温度不稳定等问题。在时间紧迫的情况下，团队在优化初始配置的同时，启动了第二套设计方案。经过三年努力，反复修改燃烧室结构并探索更先进的配置。

2022年，新配置在中国西南四川绵阳的高空测试设施中取得了令人鼓舞的成果。2023年3月，AES100启动150小时耐久性试验，并首次尝试即顺利通过。

包容性试验中的振动控制

接下来的挑战是发动机包容性试验。该试验要求在发动机以最高速度运行时，人为切断动力传输轴，导致高速旋转的涡轮叶片瞬间断裂并向四周飞散。由此产生的破坏力堪比在发动机核心内部引爆多枚高能炸弹。

根据标准，在叶片飞离后的15秒内，发动机机匣必须能够 containment 高能碎片，防止其穿透机匣或引发失控火灾。中国航发湖南动力机械研究所首席科学家、AES100总设计师李盖奇表示，这是一项代价高昂的重大测试，单台发动机价值超过1000万元人民币。一旦失败，将对整个发动机项目的开发造成沉重打击。

为了这关键的15秒，团队提前五年开始集体攻关，系统识别并消除了涉及10多个技术领域、36个关键风险区域的潜在隐患，并从材料性能、部件强度到子系统可靠性及整机模拟测试，进行了多轮验证。

在正式测试前两个月，团队进行了高速断轴设备的操作测试。当转速达到每分钟29,000转时，振动幅度一度超限，转轴面临断裂风险。问题根源在于动力传输轴的复杂性和长度。团队在正式测试前成功解决了这一难题，并于2023年9月顺利完成了试验。

冰火平衡：结冰试验突破

最后一项重大挑战是结冰试验。标准要求发动机在零下30摄氏度、6000米高空的云雾等数十种典型结冰工况下，仍能保持稳定可靠运行。

AES100高级设计师赵尊胜解释称，若无足够的防冰保护，高空云层中的大量冰晶可能被吸入发动机，高速撞击、侵蚀并损坏压气机叶片，从而导致发动机受损。

为此，团队为发动机设计了两层“冬装”：第一层是进气口的滤网，用于阻挡高速冷空气和水滴；第二层是进气组件的热空气防冰系统。然而，该系统会消耗部分发动机功率，降低整体效率。团队需要在防冰性能与整体效率之间找到“冰与火”的最佳平衡点。

经过广泛模拟，团队确定2.8%为最佳引气提取比例。这一比例在全飞行包线内提供了有效的防冰保护，同时将功率损失降至最低，实现了防护与运行效率的最佳权衡。

凭借这套双层防冰系统，发动机在各种极端结冰条件下均保持稳定运行，所有参数均在正常范围内。这一成就填补了中国在整机结冰适航符合性验证方面的空白。