AEP500：填補5000kW級渦槳發(fā)動機空白

■ 溫泉/中國航發(fā)研究院 宋雙文 吳吉昌/中國航發(fā)動研所

作為自主研發(fā)的5000kW級民用渦槳發(fā)動機，AEP500將滿足中型客/貨運渦槳飛機對動力裝置的需求，主要技術(shù)指標達到國際先進渦槳發(fā)動機水平，可填補國內(nèi)外5000kW級渦槳發(fā)動機空白。

項目背景

與渦噴/渦扇發(fā)動機相比，渦槳發(fā)動機具有中低速條件下耗油率更低的特點。據(jù)測算，在同等載重和相同航程下，渦槳飛機比渦扇飛機油耗低30%～40%。配裝渦槳發(fā)動機的飛機能在土、沙石、草地等簡易跑道上起降，且可以在更短的滑跑距離實現(xiàn)起飛和著陸。

與國外民用渦槳發(fā)動機快速發(fā)展的局面相比，我國渦槳發(fā)動機起步晚，型號少，功率覆蓋不全，已定型的型號僅有500kW級的渦槳9、2000kW級的渦槳5和3500kW級的渦槳6等三個系列，產(chǎn)品競爭力不足無法滿足客貨運飛機、特種作業(yè)飛機等平臺對渦槳動力自主保障的需求。

面對未來廣闊的客貨運市場前景以及迫切的運力需求，AEP500發(fā)動機運應(yīng)而生。該發(fā)動機是按照民機要求，自主研發(fā)的5000kW級民用渦槳發(fā)動機，主要滿足中型客/貨運渦槳飛機對動力裝置的需求，主要技術(shù)指標達到國際先進民用渦槳發(fā)動機水平。AEP500發(fā)動機可填補國內(nèi)外5000kW級民用渦槳發(fā)動機空白，具有較強的市場競爭力。

圖1 AEP500發(fā)動機及其先進技術(shù)

技術(shù)特點

AEP500發(fā)動機起飛當量功率大于5000kW，巡航當量功率大于3200kW，巡航當量耗油率小于0.225kg/( kW·h) ，最大巡航飛行馬赫數(shù)（Ma）為0.6，最大飛行高度9000m。發(fā)動機采用三轉(zhuǎn)子總體布局，由偏置式減速器、整體式進氣裝置、4級軸流低壓壓氣機、1級軸流+1級離心組合高壓壓氣機、直流環(huán)形低污染燃燒室、單級高壓渦輪、單級低壓渦輪、3級動力渦輪以及附件傳動裝置等組成。

AEP500發(fā)動機應(yīng)用了各項先進技術(shù)，旨在造就一款高性能、低油耗、低排放、長壽命、高可靠性的先進渦槳發(fā)動機。

先進的三軸渦槳發(fā)動機總體技術(shù)

AEP500發(fā)動機功率大，油耗低，給壓氣機與渦輪氣動設(shè)計帶來很大挑戰(zhàn)。為滿足要求，發(fā)動機采用了低壓壓氣機—低壓渦輪、高壓壓氣機—高壓渦輪以及動力渦輪三軸結(jié)構(gòu)布局，三轉(zhuǎn)子之間僅有氣動聯(lián)系，分別工作在各自最佳工作轉(zhuǎn)速下，保證了各級葉輪機械的高效率，以及部件之間的優(yōu)良匹配，整機性能先進。

輕質(zhì)、高效大功率減速器技術(shù)

AEP500發(fā)動機對減速器提出了大功率、高傳遞效率、輕質(zhì)量的設(shè)計要求，難度很大。為滿足要求，減速器采用了基于彈性元件均載的正反轉(zhuǎn)多路分流雙螺旋齒輪傳動、集成式減速器機匣等設(shè)計技術(shù)，保證了減速器在傳遞大功率的同時更輕質(zhì)、高效。

高壓比、高效率軸流—離心壓氣機技術(shù)

為保證整機性能先進，AEP500發(fā)動機壓氣機壓比、效率指標均較高，對壓氣機部件的質(zhì)量和可靠性也有嚴格要求。為滿足要求，壓氣機采用了先進跨聲速葉型、可調(diào)導(dǎo)葉等設(shè)計技術(shù)，保證了雙轉(zhuǎn)子軸流—離心壓氣機的高壓比與高效率。

低污染燃燒室技術(shù)

為確保AEP500發(fā)動機是潔凈、環(huán)保的綠色動力，提升AEP500發(fā)動機在民機市場的競爭力，研發(fā)團隊提出了燃燒室氣態(tài)污染物排放在CAEP/6的基礎(chǔ)上大幅降低的目標。為滿足要求，燃燒室采用了高剪切旋流燃燒、切向發(fā)散冷卻及大調(diào)節(jié)比雙油路噴嘴等設(shè)計技術(shù)，保證了燃燒室低排放和較長的壽命。

高效率、高可靠性渦輪技術(shù)

渦輪作為發(fā)動機中高溫燃氣沖刷、高速旋轉(zhuǎn)的部件，工作條件極為惡劣，需要在保證高效率輸出功率的同時，保證自身的高可靠性以滿足適航規(guī)章要求，設(shè)計難度巨大。為滿足要求，AEP500發(fā)動機渦輪采用了高效冷卻、防超轉(zhuǎn)葉片脫落、機匣包容性以及預(yù)扭葉冠等設(shè)計技術(shù)，保證了高效率與高可靠性。

帶性能趨勢分析功能的先進健康管理技術(shù)

為與國際接軌，AEP500發(fā)動機還配備了先進的健康管理系統(tǒng)，采用功率檢查技術(shù)和性能趨勢分析技術(shù)，實現(xiàn)對發(fā)動機當前性能狀態(tài)的評估與在線監(jiān)視，實現(xiàn)發(fā)動機性能退化的預(yù)測，提高了發(fā)動機的可維護性。

圖2 供應(yīng)商大會

項目進展

目前，AEP500發(fā)動機項目正按計劃順利推進。

2018年5月10日，中國航發(fā)在湖南株洲召開主題為“逐夢云海，攜手共贏”的民用渦軸渦槳發(fā)動機2018年度供應(yīng)商（國際）大會，正式對AEP500發(fā)動機進行推介。以供應(yīng)商大會為契機，AEP500研發(fā)團隊與供應(yīng)商開展了廣泛溝通與技術(shù)合作，并在材料與成附件的采購、零部件國際加工等方面開展了貿(mào)易合作（見圖2）。

AEP500發(fā)動機完成研制并適航取證后，可用于中型客貨運渦槳飛機等平臺，市場前景良好。同時，基于AEP500發(fā)動機，通過“槳改軸”可發(fā)展為民用大功率渦軸發(fā)動機，用于大噸位民用直升機。