国产重油活塞发动机重大突破 彩虹-5将配国产心脏

　　原标题：谁言老干曾疏落，且看新枝再弄春
　　——浅谈中国航空（重油）活塞发动机.中国篇（下）

    有了2011年之后的技术引进和借鉴，再加上多年的自主研发，2015-2016年一年内，几个好消息的发布，让人们看到中国航空活塞发动机终于迎来了期待已久的突破。

　　第一个好消息：

　　近年来经过技术攻关，清华大学已自主掌握了重油航空活塞发动机的生产技术。2015年12月3日，清华大学与珠海市政府签约，由清华大学投资15亿元人民币，在珠海航空产业园研发、生产重油航空活塞发动机。珠海航空产业园先后引进42个投资额共约200亿元的航空产业项目，包含通用飞机制造、通用航空运营服务、飞行校验、飞行培训、公务机运营、航空电子、飞机零部件制造等在内的特色航空产业体系初步形成。目前，园区已成为华南地区规模最大、产业体系最完备的航空产业基地。

　　2006-2016年，北京瑞深航空科技有限公司与北京航空航天大学共建通用航空北京市工程研究中心。致力于通用航空和无人机动力领域研究，注重军民融合，成功开发了24cc、48cc、56cc、265cc四款汽油航空活塞发动机，成功研制了适应绿色生物燃料航空发动机，形成28千瓦、50千瓦、70千瓦RS系列重油发动机产品平台。

　　评论：

这是非常有趣的一件事：中国重油活塞发动机过去并非清华大学的领军领域，却能够异军突起，自主掌握重油机的生产技术，已经是难能可贵，却又不通过生产企业而是直接投资在珠海建立生产基地大规模产业化，更是可圈可点。至于瑞深的哪个研究中心，其实就是北航的微小发动机及分布式能源实验室的马甲，100马力以下的三档重油机产品平台是产品亮点，航汽+航煤两条技术路线是发展策略，再加上军民融合、绿色生物燃料这些热门字眼，题材很丰富啊。如此热闹之下，反观一向是小型航空活塞发动机的头牌西工大，自活塞9之后似乎却难见更大的动作，有些让人不解。

第二个好消息：
　　

2016年上半年，彩虹-3无人机预装国产活塞发动机高空性能飞行试验成功的消息，也是宗申动力公司进口替代型产品，代号C115。其发展路径大致如下：
　　

2011年，天津大学开始重点研发TD0轻型航空发动机。
　　

2015年1月，TD0样机试制完成，
　　

2015年3月，在天津大学内燃机研究所实现了TD0工程样机的成功点火着车和性能指标测试。
　　

2015年4月29日，宗申动力宣布TD0工程样机挂载中国航天空气动力技术研究院的“彩虹3”无人机试飞成功。
　　

2016年5月，宗申动力再次宣布，公司将代码为“C115”的航空发动机配装在彩虹-3型无人机开展的“高空性能飞行试验”，经航空动力专家组对飞行数据的分析，该款航空发动机性能测试所有数据符合设计指标。
　　

评论：
　　特别值得关注的，是官方关于该机型的的说明：TD0航空活塞发动机满足功率从50kW-150kW（67hp-200hp）的无人机和通用轻型航空器的需要。随着电控技术和多级增压技术的运用，该发动机及其后续产品可满足无人机高空长航时的飞行需要。
　　

“67hp-200hp”，从动力角度比活塞9上了一个新台阶（复习《第三篇》），；“电控技术和多级增压技术”，是活塞发动机高空性能改善的关键技术（复习《第二篇》）。这将是一个系列化的活塞动力发动机产品，似乎正在向中国版ROTAX发展中。所以不只是彩虹-3，这个级别的发动机，将有望为彩虹-4，彩虹-5和翼龙-1、翼龙1-D，提供国产化动力。
　　

这个宗申动力的C115，网上有报道是汽油机，是否进行了重油改造，目前没有查到资料。有料的同学尽管爆来，呵呵。
　　

第三个好消息：
　　

就是2016年珠海航展上，彩虹-5无人机打算在2017年年底采用国产化重油活塞航空发动机的消息。
　　

初看这个消息，竟然有些错愕。
　　

那位说了，国产无人机配国发动力，这不是好消息吗，兵器迷为什么错愕呢？
　　

因为本来就在一年前，2015年8月央视的报道彩虹-5首飞的节目中，航天科技集团十一院十一部总体室主任兰文博接受采访时，还是讲彩虹-5配备国产涡桨-9型涡轮螺旋桨发动机。
　　

可说好的涡桨-9，怎么到2016年珠海航展上就换成重油活塞机了呢？
　　

彩虹-5总师石文对此的回答非常明确：放在5年前涡桨动力会是彩虹5的首选。但是如今随着国内重油动力领域取得了长足进步，彩虹5的动力考量自然也发生了变化。
　　

评论：
　　彩虹-5的原配动力涡桨-9知道的人可能不多。但如果提起涡桨-9的前传，直-9直升机的涡轴-8，估计地球人都知道了。涡桨-9其实就是涡轴-8的涡桨改型，是哈飞运-12的配备动力。输出功率506千瓦。
　　

涡桨-9装备彩虹-5，是中国首次在3吨级级无人机上安装涡桨发动机。本来是水到渠成的事儿，却出现了如此大的变化，兵器迷说让人错愕，这就是其中一个原因。
　　

另外还有一个原因，打个埋伏，咱们后边再说。
　　

石文总师并没有说这是哪一款重油机，也没有透露发动机的相关参数。但是一句“重油动力领域取得了长足进步”，已经足以慰人了。不是确有把握，能够在一年的时间内推翻既定方案，用新研的重油活塞机替代相对成熟的涡桨-9，是很难想象的，这也许从一个侧面证明了这种长足进步的扎实和可靠。
　　

中国无人机的活塞（重油）发动机，终于，要点火了。
　　

小结：
　　一、活塞机与其他无人机动力
　　

本文重点谈的是航空活塞发动机，重油机为主，兼顾汽油机。但并不是说，无人机的动力只能用活塞机。无人机选用什么动力，与任务模式和任务载荷有很大关系，有时候是需要取舍的，而且不完全是技术因素。
　　

虽然活塞机的功率曾经做到2500kW，但推进效率已经不行了。发动机领域专家、中国燃气涡轮研究院总设计师黄维娜认为，未来无人机动力系统的发展趋势是低速无人机配置功率不大于100千瓦的活塞发动机，旋翼无人机配装功率不大于500千瓦的涡轴发动机，中低速无人机配装功率不大于600千瓦的涡桨发动机，中高端无人机使用涡喷/涡扇发动机，高超声速无人机配置涡轮冲压组合发动机，以使动力与平台实现更好的匹配。
　　

因此，不同的航空发动机有不同的技术性能和经济指标。涡喷机的高空高速性能好；涡扇比涡喷省油，大涵道比涡扇就更省油；涡桨呢，比涡扇还省油30%-40%，全寿命成本低一半都是可能的；而活塞机比涡轮机还要省油——如果活塞机用重油，彩虹-5用重油机，航时比载重效率差不多的捕食者B几乎多一倍，便宜啊。发动机本身也是，一台ROTAX914的国内代理价才27万人民币，一台三姨夫2000万人民币，一台F135要超过一亿人民币还买不到，各有各的用场，对吧。
　　

除了功率和经济性，这其中还有一个原因，就是高度。活塞机做好了，长航时问题不大，但是高空性能还是很难上去。就是二级涡轮增压，到10000米以上也比较吃力了，《技术篇》谈到NASA研制的三级增压才到24000米，但还是要看应用效果。而涡轮机的高空性能是活塞机比不了的。捕食者A的ROTAX914活塞机二级增压升限也就8000米左右；捕食者B用霍尼韦尔TP331-10T涡桨机升限16700米很轻松；捕食者C用普惠PW545B涡轮机，升限18000米+。前面说彩虹-5从涡桨-9换重油活塞机，原来用涡桨-9能够达到14000米以上实用升限的彩虹-5，换活塞机巡航高度只有3000-5000米，实用升限7600米，高空机就改中空机了。
　　

不只是高度，采用不同的动力，速度也会有很大差异。还拿捕食者说事儿。活塞机的捕食者A最大时速217公里，涡桨机的捕食者B增大到482公里，涡扇机的捕食者C是740公里。中国早期的靶-5Ⅰ(“长空”-1)型无人靶机，用WP-6型涡喷发动机，时速达到850～900公里。涡轮机在空气稀薄的高空能大流量进气，流量大推力就容易上去，推力大载荷就能上去，速度也能上去，而活塞机超过800公里是非常困难的。
　　

速度快，对无人机来说有利有弊。高速对于尽快抵达目标空域自然有利，对于可能丢失的侦查目标或者对于要进行打击的移动目标，快察快打是无人机的刚需。但是如果需要在复杂战场环境仔细搜索和发现目标，或者对目标进行长时间连续监视，那么飞得太快反而可能是缺点。当然，对于防地面打击来说，飞得快总体还是有利的。
　　

上面是速度、高度分开说。如果飞得高，同时又飞得快，就可以在短时间对更大的地域进行扫描侦查。比如这次珠海航展同样大放异彩的云影无人机，用涡喷-11C发动机，巡航高度14000米，最大速度620公里。但如果飞得低，又飞得快，在目标上空一掠而过，完成精细侦查就有困难。不过彩虹-5用活塞机，巡航速度只有180-220公里，又是3000-5000米巡航高度，似乎有点太慢了。
　　

所以，彩虹-5从涡桨机换重油机，载荷基本不变，航时还有大幅度改善，但高度速度就都掉下来了——这可能导致基本任务模式就变了。这就是兵器迷感到错愕的第二个原因。
　　

但是进一步细看，也就释然了。关于彩虹-5的后续报道表明“其潜在用户对无人机长航时和远航程的权重，要高于最大飞行高度和巡航速度。因为短促的快速空袭还可以让有人机接手，而长时间的前线存在和准确情报获取才是真正棘手的问题”。改重油机后，巡航时间、航程、成本、维护性这些客户最关注的需求得到了满足，那么动力改型就是合适的选择，这是一方面。另一方面，石文总师说对于国内用户，彩虹-5国内版任务载荷900-1000公斤，比出口版的480公斤高了近一倍。如果任务载荷持续增加，再用重油活塞机不用涡轮机，就会非常吃力了。
　　

二、中国的差距和未来
　　

兵器迷的每一篇贴，都会谈到中国的差距。2014年的《平心不敢稍偏倚，慧眼才得细参详》中，表明了两大短板：一是动力不能自主。这一次谈活塞机，就是因为中国在这方面有太多的空白。涡轮机咱们至少有的比，活塞机连和人家比都不好比。二是缺乏实战经验。而这一次珠海航展，终于能有替代进口的国产动力机型了，而且出口机型的作战任务已达数千架次，对两大短板都有不同程度的弥补，真是解了大旱望云霓之渴。
　　

当然差距还是有的，而且还是很大。
　　

本文谈的是活塞机——从1903年12月17日莱特兄弟就用一台汽油活塞发动机带动两台螺旋桨将飞机送上蓝天。这是老牌工业国们有着上百年的积淀的领域，我们差几代都是正常的。随便举个例子：航空发动机汽油缸内直喷技术，最早是德国JUNKERS公司率先实现的，当然技术水准与今天无法相比，但那是——整整100年前，1916 年啊。
　　

涡轮机差距也是明摆着的。比如高空战略型“翔龙无人机”，有媒体说是中国版的全球鹰。可咱用的是涡喷7，仅发动机重量达到1吨，巡航耗油率达到2公斤/（daN.h）；是全球鹰是罗罗的AE-3007H涡扇发动机油耗0.66公斤/（daN.h）的3倍左右，后来改用乌克兰制AI-222-25涡扇发动机，巡航油耗0.9公斤/（daN.h），不到涡喷7的一半。当然，拿涡喷和涡扇比油耗，有点不厚道。问题是咱没有可比的小型涡扇装机啊。WS-500推力为500公斤太小，1000公斤级的新涡扇2016年6月才在廊坊研发中心实现100%设计转速，还不赶趟不是？
　　

动力这个领域，作为整个中国军工最后一块短板，估计是没跑了。
　　

兵器迷常说，看到差距，也要看到进步。回到（重油）活塞机在中国现在和将来的发展，第一还是要说自主研发的努力，内因还是要强调的。没有自己的核心技术、核心团队、核心产品，就没有属于中国的活塞机的未来。

第二说实话，离不开国际先进技术的引进和借鉴。比如近年来对Centurion等经典机型的研究（复习《引进篇》）。这几年的发展，其中外部技术和产品的贡献，谁能算得清楚？引进不是坏事，仿制就是创新的开始。但希望的是，中国忽焉乍起的（重油）活塞发动机行业的进步，是真正消化吸收了技术之后的反哺，而不是简单组合一下国外部件甚至产品之后的国产化包装。

第三，就是要在国内为（重油）活塞机奠定一个更好的产业化基础。过去中国重油机的研制为什么没有起色？市场啊。重油活塞机的主要用途在初级教练机、运动飞机、无人机、农林牧渔巡逻机、低端行政机，集中在低空和中低空空域。我们没开放这个空域，也就是没有这个广大的民用市场。军用市场毕竟有限，大量技术投资在少量军品上，是很难吸引资本动力的。就算有皇粮，单价成本也下不来啊。
　　

反观美国，为什么四大通飞制造商赛斯纳(Cessna)、西锐(Cirrus)、钻石(Diamond)，和派珀(Piper)都在美国？正是因为有着世界上最大最富历史的民用-通用航空市场啊。目前全球数十万通航飞机中，约70%在美国，中国则只有几千架。产业化的基础是产业化的市场——我们与美帝的差距，又何止是在技术上和装备上。
　　

那为什么国内2010年后那么多单位都一窝蜂研制活塞（重油）机呢，连清华大学都投15亿都进来分一杯羹？还是市场啊！
　　

2010年国务院、中央军委印发《关于深化我国低空空域管理改革的意见》，确定通过5至10年的改革，充分开发和有效利用低空空域资源。就是希望为中国通用航空的市场化打开大门，也为中国航空活塞（重油）发动机的发展提供更加广阔的空间。战略有了，市场运营能否达到这样的效果，还需要时间的检验。《意见》发表六年过去，初步的效果已经在显现。
　　

2016年珠海航展，开始让我们看到，中国航空活塞汽油机和重油机具体型号的实用化进程，终于揭开了崭新的篇章，中国中空长航时无人机用活塞发动机也在进入产业化发展道路上疾驶向前。
　　

中国航空重油活塞发动机，正演绎着自主技术研发能力的逐步提升+国家政策和市场能量的双重支持+引进国外技术和产品的三重奏。它和许许多多珠海航展上的国产兵器装备一起，汇成了中国军工产业动感鲜明的协奏曲。在逐渐从慢板转向快板的乐段中，欧美某些国家，已经逐渐从中辨认出，那来自东方“你有我有全都有”的自信旋律。
　　

今日的萧瑟寒冬之后，就是来年明丽的春天。已有百年历史，且在涡轮动力面前本已渐渐失色的航空活塞（重油）发动机，在通用航空的新时代里，又将逐渐焕发出新的活力。就让这样的活力，为中国通用航空和无人机未来的发展，再增添一抹绚丽多彩的盎然春色吧。（作者：兵器迷的天空）

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