四中全會精神在基層

黨的二十屆四中全會通過的“十五五”規(guī)劃建議提出，前瞻布局未來產(chǎn)業(yè)，探索多元技術(shù)路線、典型應(yīng)用場景、可行商業(yè)模式、市場監(jiān)管規(guī)則，推動量子科技、生物制造、氫能和核聚變能、腦機(jī)接口、具身智能、第六代移動通信等成為新的經(jīng)濟(jì)增長點。

燒油的飛機(jī)大家坐過，燒氫氣的呢？目前這個技術(shù)難題，正在四川一點點被攻克。

2024年珠海航展，我國首臺（套）氫燃料航空渦輪發(fā)動機(jī)與試驗系統(tǒng)亮相，研發(fā)單位正是中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院（下稱“中國航發(fā)渦輪院”）。

如今這里飛出另一支“氫”騎兵——該院聯(lián)合西南石油大學(xué)“再下一城”，攻克500公斤推力級氫燃料航空渦扇發(fā)動機(jī)核心鏈條難關(guān)，研制樣機(jī)已在進(jìn)行調(diào)試和驗證。

“綠色航空”時代的飛機(jī)“心臟”什么樣？

現(xiàn)場目擊：“桀驁不馴”的氫氣如何被“收服”

中國航發(fā)渦輪院新能源航空動力領(lǐng)域技術(shù)負(fù)責(zé)人助理馬存祥，手指模型發(fā)動機(jī)介紹其構(gòu)成——風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和噴管等。

位于C位的就是氫燃燒室。馬存祥說，發(fā)動機(jī)被稱為“飛機(jī)的心臟”，而燃燒室是“心臟中的心臟”。“心臟”里燃燒的，過去是柴油，現(xiàn)在是氫氣。

氫元素約占宇宙物質(zhì)總量的81.75%，在地球水體中儲量豐富；其燃燒熱值高，是航空煤油的近3倍；其燃燒后排放物基本是水，清潔無污染。因此，氫能航空動力是未來實現(xiàn)零碳排放的關(guān)鍵動力形式之一，全生命周期內(nèi)可以實現(xiàn)航空業(yè)75%以上的碳減排。

但想讓氫氣老老實實“燃燒”，卻一點不容易，主要因為氫氣的“暴脾氣”——易燃易爆，火焰?zhèn)鞑ニ俣仁侨加偷?倍。

該如何讓“桀驁不馴”的氫氣乖乖聽話？馬存祥帶著科研團(tuán)隊在燃燒室構(gòu)造上下功夫。

氫燃燒室中間都布置氫氣噴嘴，噴嘴上都密布著比芝麻還小的微孔，由此噴射氫氣?！斑@個微孔就是對治氫氣‘壞脾氣’的法寶。”馬存祥說，一般而言，燃油燃燒孔直徑為毫米級，燃燒區(qū)里的火焰呈?球狀。為了削弱氫的“逃逸”，減弱氫氣的高溫，氫燃燒噴孔直徑只有更小，通過密集小孔噴射，與空氣混合燃燒變成微小的多簇火焰，共同產(chǎn)生高溫燃?xì)鉀_擊渦輪葉片做功，燃?xì)庾詈髲膰姽芨咚賴娚涠?，進(jìn)而產(chǎn)生推力，使飛機(jī)上天。

這個獲得了國家發(fā)明專利的技術(shù)，叫“微小尺度的氫燃料混合組織燃燒”——它讓氫因為微小而變得穩(wěn)定，同時也不會燃爆，成為安全能源。

為啥非要用氫能發(fā)動機(jī)替換技術(shù)非常成熟的燃油發(fā)動機(jī)？背景在于全球“綠色航空”的共識——

2021年，國際航空運輸協(xié)會通過了全球航空業(yè)于2050年實現(xiàn)凈零碳排放的決議。中國在2020年提出的“雙碳”目標(biāo)，航空業(yè)是高碳排放行業(yè)之一，且有增長趨勢，“轉(zhuǎn)換動能”勢在必行。

持續(xù)攻關(guān)：從小到大，從渦噴到渦扇

研發(fā)路上，中國航發(fā)渦輪院并非孤軍作戰(zhàn)。2010年左右，西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授唐鋆磊科研小組加入進(jìn)來。因為該校在天然氣制氫等系列技術(shù)有持續(xù)、深入研究，能幫助氫能發(fā)動機(jī)解決關(guān)于氫的相關(guān)難題。

強強聯(lián)手，研發(fā)進(jìn)程加快。

2021年，在中國航發(fā)科技創(chuàng)新基金的支持下，“微小尺度的氫燃料混合組織燃燒”技術(shù)研究啟動，將200公斤推力級燃油發(fā)動機(jī)改造為氫發(fā)動機(jī)。研究小組建立了首臺（套）氫渦輪發(fā)動機(jī)移動試車臺，并于2024年8月完成整機(jī)地面試驗驗證——氫發(fā)動機(jī)首次點火一次成功，試驗后發(fā)動機(jī)技術(shù)狀態(tài)良好。

珠海航展的成功亮相，極大地鼓舞了研究小組的信心。他們把目光投向了“第二階段”——500公斤推力級氫燃料渦扇發(fā)動機(jī)。從200公斤推力到500公斤推力、從“渦噴”到“渦扇”，量級增強了、難度也變高了。在業(yè)內(nèi)人士眼里，渦噴的優(yōu)勢在于飛得快，渦扇的長處在于飛得遠(yuǎn)、經(jīng)濟(jì)性好，商用飛機(jī)大多采用渦扇發(fā)動機(jī)。

“目前，氫的燃燒已有解決方案，正在聯(lián)合中國計量大學(xué)攻關(guān)氫氣計量難題，還在尋找儲氫罐新材料合作方。”中國航發(fā)渦輪院相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人說，500公斤推力級研制雖然還在技術(shù)驗證階段，離真正裝在飛機(jī)上還有距離，但可以先用在無人機(jī)上，循序推進(jìn)。

眼下國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)企業(yè)都在探索新能源途徑，四川有沒可能走在前面？對此，科研團(tuán)隊們都信心滿滿。

“從我們院校兩家來看，四川氫能產(chǎn)業(yè)正處于快速上升階段，并且是國內(nèi)少有的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈條齊全的省份，非常有可能形成氫能航空發(fā)動機(jī)的先發(fā)優(yōu)勢。”唐鋆磊說。