近日，中国航发集团湖南动力机械研究所自主研制的兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机AEP100配装7.5吨级无人运输机在株洲芦淞机场成功首飞。

据了解，这是全球首次兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机试飞。整个飞行过程中发动机工作正常、状态良好，空中飞行时间16分钟，飞行距离36公里，飞行速度220公里/小时，离地飞行高度300米，在完成了预定飞行科目后顺利返航，首飞圆满成功。

中国航发集团有关专家表示，未来随着绿氢制备成本的进一步下降，氢能航空动力的经济性优势和能源安全优势将逐步显现。氢燃料航空发动机技术有望率先在空中无人货运、海岛物流等低空经济领域展开应用，并逐步拓展至载人支线、干线飞机。

航空运输是现代文明的重要纽带，但长期以来，传统航空发动机如同空中“烟囱”，一直是全球碳排放和空气污染的重要来源，此次试飞成功的氢燃料发动机，是迈向绿色航空的关键一步。下面，我们就来看看传统航空发动机和氢燃料航空发动机的区别。

一、燃料本质的差别

01.传统航空发动机

传统飞机（如波音、空客客机）使用的燃料是航空煤油，这是一种从石油中提炼的碳氢化合物液体燃料。

大涵道比涡扇发动机示意图

从储存条件来看，航空煤油有着显著的便利性。

它在常温常压的普通环境下，就能保持稳定状态，不需要额外配备复杂的储存设备。经过百年的应用迭代，其储存和运输技术已经非常成熟，操作流程简单，能满足全球航空业大规模、常态化的使用需求。

在能量供给方面，航空煤油的能量密度约为43MJ/kg，简单来说，每公斤这样的煤油充分燃烧后，能够释放出43兆焦耳的能量。这个能量密度能够支撑飞机完成长距离飞行，也是它长期作为航空主力燃料的重要原因之一。

但航空煤油的短板也十分突出，核心问题集中在资源属性和环境影响上。

航空煤油属于不可再生的化石能源，地球的储量有限，随着长期开采和使用，终将面临资源枯竭的困境。更关键的是，它的燃烧过程必然会释放大量碳元素，这也是航空业碳排放的主要来源，与绿色发展理念相悖。

02.氢燃料航空发动机

AEP100发动机，使用的是液氢作为燃料，与传统航空煤油相比，其燃料特性有着本质区别。

液氢的能量密度约为120MJ/kg，是航空煤油的近3倍。这就意味着，在燃料重量相同的情况下，氢能能够为飞机提供更充足的动力，让飞机飞得更远、承载的货物或乘客更多，为航空运输的效率提升提供了可能。

氢燃料航空发动机工作原理示意图

但它的储存条件极为苛刻，氢气只有在-253℃的超低温环境下，才能从气态转化为液态，这一温度接近绝对零度，远低于常规高空环境温度，对储输系统提出极致要求，普通的储存设备根本无法满足需求，必须依靠特制的真空绝热储罐来实现“保温”，防止液氢汽化泄漏。

二、绿色航空排放物是关键

传统发动机的排放是空中污染的重要来源，而氢燃料发动机则实现了清洁排放。

传统发动机，空中污染源

航空煤油作为碳氢化合物，在发动机内燃烧时，会发生复杂的化学反应，最终产生的不仅有能量，还有大量污染物。其中，二氧化碳是最主要的产物，作为温室气体，它会加剧全球变暖，据测算，传统航空动力每输出1兆瓦时能量，约产生0.7吨左右二氧化碳。

除了二氧化碳，发动机在高空高温的工作环境下，还会生成氮氧化物，这种物质会破坏地球的臭氧层，同时也是形成酸雨的重要原因，对生态环境和农作物造成危害。此外，燃烧不充分还会产生颗粒物，也就是我们偶尔能看到的飞机尾迹中的黑烟、碳烟，这些颗粒物会影响大气质量，长期吸入还会危害人体健康。除此之外，还有一氧化碳、未燃尽的碳氢化合物等有毒有害物质，进一步加剧大气污染。

氢燃料发动机，只排水蒸气

与传统发动机复杂的燃烧反应不同，氢气在发动机内的燃烧过程十分简单纯净，其化学反应式就是氢气与氧气结合，最终生成水和巨大能量。这也就意味着，氢燃料发动机燃烧主要产物为水蒸气，几乎无二氧化碳、无碳烟，氮氧化物远低于传统发动机。

从碳排放的角度来看，氢燃料发动机实现了零排放，彻底从源头根除了航空业的碳排放问题，是航空业实现“双碳”目标的解决方案。同时，它几乎不会产生一氧化碳、碳烟等有毒有害物质，即便有少量氮氧化物生成，排放量也远低于传统发动机，对环境的影响微乎其微。

三、AEP100发动机的突破

首先是燃烧控制的难题

氢气的燃烧速度是航空煤油的6-10倍，在发动机内极易发生“回火”现象，也就是火焰烧回发动机内部，甚至引发爆震，严重损坏发动机机件。此次试飞成功的AEP100发动机，通过控制氢气的燃烧状态，让其能够稳定、高效地燃烧，解决了这一难题。

其次是超低温的考验

-253℃的液氢如同“寒冰”，而发动机涡轮的工作温度却高达上千摄氏度，如何让这两种极端温度在发动机内部共存，同时防止液氢管路出现泄漏、脆裂等问题，对材料和密封技术提出了极高的要求。AEP100发动机实现了“冰与火”的极端工况兼容，属于世界级技术挑战。

最后是系统轻量化挑战

液氢燃料及低温储运系统结构复杂、自重偏大，会显著挤占有效载荷并压缩航程。AEP100发动机通过结构优化、材料升级与集成创新，实现全系统极致轻量化，大幅提升功率密度，在减重的同时提升效能，真正达到了航空级“减重增效”的设计目标。

此次AEP100发动机的试飞成功，不仅是我国在绿色航空领域的重大突破，也是全球氢燃料航空动力发展的重要里程碑。随着氢燃料制备、储存、运输等技术的不断成熟，以及“绿氢”生产成本的逐步下降，氢燃料航空发动机将逐步扩展到干线民航领域，让我们日常乘坐的大型客机也实现零碳排放。届时，航空运输将不再是大气污染的源头，而是绿色可持续发展的重要组成部分。

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