4月4日,株洲芦淞机场,一架7.5吨级无人运输机腾空而起,飞行16分钟后平稳落地。与以往不同,这架飞机的“心脏”里跳动的不是航空煤油,而是氢。
这是全球首次兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机成功实机试飞。飞机上搭载的是中国航发湖南动力机械研究所(简称“中国航发动研所”)最新研制的AEP100氢燃料航空涡桨发动机(简称“AEP100”)。
当飞机成功着陆的那一刻,现场科研人员的眼泪夺眶而出。过去六年的压力、迷茫、失败与重来,在这一刻终于释然。
不被看好的战略抉择
2020年,湖南动研所开始聚焦氢能航空动力。“当时新能源发展远不如今天迅猛,买电动车的人都不多,更别说氢能飞机。”湖南动研所未来动力总体研究部副部长肖为回忆道,这个方向并不被外界看好——技术难度极大,国内没有任何基础。
但他们敏锐地感受到了危机。
国内,“双碳”目标已提出。航空业碳排放在降碳大背景下,却不降反增,且增速极快,而电池路线因重量限制对大飞机不可行。
国际方面,欧盟发布了“氢能航空2050”白皮书,空客等巨头明确将氢能作为战略方向。更深一层,这是一场关乎市场壁垒的博弈。一旦欧洲率先建立零碳航空的技术壁垒,中国飞机未来可能因碳税被拒之门外。“别人用新能源飞机不收税,你的传统飞机要交高昂碳税,就没有竞争力了。”肖为说,“我们不能一起步就输。”
这一战略抉择背后,还有更深层的技术判断。传统航空发动机经过70多年发展,技术进步幅度正在逐年递减,提效空间也逼近极限。“每降低一个百分点的耗油率,都要付出成倍代价。”肖为说,“再过5到8年,受限于材料耐温水平,传统发动机将接近理论极限。涡轮前温度每提升一度都极其困难,更别说实现从量变到质变的突破。”而国际对手的进度更让团队如芒在背——空客、罗罗等巨头在氢能航空领域已布局多年。
这种“前有堵截、后有追兵”的紧迫感,让湖南动研所下定决心:即使从零开始,也要换道超车。
这支最初不到10人、平均年龄20多岁的技术团队,毅然踏进了氢燃料航空发动机研发的无人区。
在“三无”环境中起步
从战略判断到产品落地,该团队面对的是“三无”环境:没有经验参考、没有条件验证、没有团队基础。
真正的勇者,不在困难面前低头。
没有经验,就向航天系统和中车取经——前者有60年液氢火箭经验,后者在地面氢能轨道交通已有商业化成果。
没有实验条件,就跳过常规的“材料—零部件—系统”逐级验证流程,直接把发动机当实验台。
勇蹚无人区,代价惨烈。
2022年初,团队在一台小型涡喷发动机上开展首次验证。点火后,氢气像炸药一样瞬间爆燃,火焰筒被完全烧化。打开机匣的那一刻,所有人都愣住了。“我们做传统发动机从没遇到过烧得这么严重的。”主任设计师、高级工程师彭富霞回忆。
第二次实验,换了喷嘴,结果别的地方又烧了。
“第二次失败像泼了一盆冷水,”肖为说,“我们真正冷静下来,不再闷头干,先想清楚再动手。”
这一想,就是将近一年。
氢的燃烧速度是航空煤油的10倍。传统燃油是先雾化成油珠、蒸发再燃烧,火焰稳定可控;而氢一点就着、一着就传,像放鞭炮。团队要做的,是让这个“脾气暴躁的炸药包”慢下来、可控。最终,他们将控制精度做到了0.5%以内——与燃油发动机相当。
另一个挑战是“冰火共存”。氢燃料发动机使用的是零下253摄氏度的液氢——仅比绝对零度高20摄氏度,而涡轮工作温度高达上千摄氏度。普通材料碰到液氢会像饼干一样脆化。团队创新性地用发动机高温尾气为液氢加热,变劣势为优势,同时降低了红外辐射。
从2020年到2026年,上百次实验,无数次失败与气馁。“在新能源航空这条赛道上,大家都还在无人区里摸索,没有形成自己的护城河。”肖为说,“我们比较的是谁的速度更快。用了六年时间,我们走出这个无人区,终于研制成功了AEP100。”
首飞前的三天,株洲连降暴雨。4月1日晚11点,团队还在芦淞机场冒雨调试。雨大时,他们只能躲进车里,雨小了出来继续干。一切为了4月4日——天气预报显示,那是近期唯一的晴天。
而株洲市、芦淞区两级政府也为试飞扫清了最后障碍。芦淞机场净空障碍物条件不满足试飞任务要求,湖南动研所报告情况后,政府一周内拿出改造方案,2个月内完成机场南端山体降坡。肖为感慨道:“如果没有株洲市、芦淞区政府支持,试飞不可能这么快完成。”
技术突破勇闯产业蓝海
AEP100首飞成功,意义深远。
从技术层面看,这是全球首台实现工程化飞行的兆瓦级氢燃料航空发动机。它的功率约1200马力,推力约1.5吨,可配装8吨级的通航飞机,最大商载可达3吨到4吨,实际货物载荷约2吨,航程超过1000公里。它不仅填补了国内空白,更在性能上全面超越国际标杆产品——普惠公司的PT6航空煤油发动机。
“在新能源赛道上,我们第一次跟国外并跑,不是模仿,是自主创新。”肖为说。它不仅打破了国外在通航动力领域的技术垄断,更为中国航空业应对未来国际碳税壁垒和能源安全瓶颈提供了战略储备。
从产业层面看,一公斤氢的能量相当于三公斤航空煤油。据测算,当液氢的终端价格降至每公斤20元时,氢能航空将具备商业化经济性。国家发改委的目标是到2030年,绿氢成本在优势地区降至15元/公斤。
首飞背后还有一个关键细节:试飞机型SA750U无人运输机由湖南山河华宇航空科技有限公司自主研发、山河星航实业股份有限公司战略协同完成,原本搭载烧航空煤油的AEP100发动机,氢燃料版本在同一母型机上改装,接口完全适配,具备了“即插即用”的工程化能力。山河华宇负责人表示:“从实际飞下来的结果看,氢燃料发动机在动力输出和稳定性上与油机没有太大差异。”肖为也透露,将计划在未来两到三年内开展AEP100商业化示范飞行。
从城市发展看,AEP100扎根于株洲芦淞——我国“一五”期间重点建设的六大航空工业基地之一,诞生了新中国第一台航空发动机,国内中小航空发动机市场占有率达90%以上。70多年的“厂所结合”优势,让研发与制造无缝衔接,还拥有中国航发南方工业有限公司、湖南星途航空航天器制造有限公司等重点企业,构成了完整的产业链生态闭环。2026年一季度,株洲航空装备与低空经济产业规模突破100亿元。
AEP100飞向天空的那一刻,新征途刚刚开始。