科创中国

本成果涉及一种新型航空氢转子发动机，首创新型转子发动机构型，采用 轴向总体布局的共轴设计，整机呈圆柱形，主要系统和部件均沿中心轴纵向或圆周方向布局，气缸和活塞连杆组呈圆周阵列分布，部附件主要运动形式为沿中轴线方向的转动、摆动和平动，并以其独特的扫气燃烧方式，与氢燃烧特性恰当匹配，从设计源头避免燃氢发动机逆火、爆燃等关键技术难题，有望实现燃氢发动机技术的重大突破；同时还有效提升整机的平顺性、流线型和机械效率，降低关键零部件的不利载荷、振动和整机迎风面积，提高发动机的紧凑性和功重比，可以为通航产业和新能源汽车产业提供新型高功重比、高功效氢能转子发动机解决方案，助推相关产业发展，占据氢能源动力技术的战略高地，并以其原创性提升我市在氢能源领域的全球影响力。

相对传统的油改氢内燃机：首先，相对传统二维曲轴-连杆活塞驱动机构，成果创新性的采用了三维摆盘连杆-活塞驱动机构，以活塞行程80mm为例，连杆长度可减小15%、活塞-气缸摩擦力可减小86%、等效连杆-曲轴铰链运动幅可减小93%、连杆-活塞铰链运动幅可减小86%，显著提升了发动机驱动系统的紧凑性、平顺性和机械效率，降低关键零部件不利载荷、振动和重量。其次，发动机转子周向扫气工作模式，实现进气、喷射燃料、点火、排气的分区运行和物理隔离，从根本上避免氢气逆火和爆燃危害，可与氢气燃烧特性实现良好匹配，保持发动机平稳高效工作；第三，其独特的转缸错位工作模式，使发动机相对主轴转动周期有更高的工作循环数，并减小对进排气、供气点火系统的需求，实现进排气和供气点火系统数量减半循环增加的效果，极大降低了发动机结构复杂度，提高了发动机的功重比；最后，其特有的双转子圆柱结构和自有减速机构，使发动机转子主体与机体可共架设计电机结构，构建结构高度复用的混合动力系统，满足氢电混合动力需求。

本方案突破了目前主流的传统内燃机油改氢思路，创新性的采用了高度紧凑的轴向共轴结构布局，大幅提升了功重比和功率密度，在保留传统内燃机燃烧室组燃条件和控制调节机制基础上，通过全新设计的转缸错位工作模式从根本上避免氢气逆火燃烧、降低燃氢爆震问题，并通过圆柱转子结构，实现机电集成融合设计，形成紧凑先进的一体化氢电混合动力系统，可以提供发电和增扭的灵活控制，扩大发动机的应用范围，不仅能够直接适配传统螺旋桨装置为通航、无人机提供发动机，还可以通过氢电混合动力为飞行汽车、多旋翼飞行器、应急电源提供能源动力解决方案，为传统飞行器、汽车提供紧凑、高效的辅助动力单元或增程能源系统，具有广泛的应用前景，可成为满足绿色航空器、新能源汽车、绿色应急能源站等需求的高效环保的能源动力解决方案。

团队于2017年在前期研究成果基础上组建科研团队，主攻新型航空转子发动机核心关键技术，以期实现新型转子发动机的自主研发和产业化应用。团队核心成员包括邓涛、柳平、禹进、陈全龙、祝鹏举、董永武、杜玉环、周宝成等。团队负责人：邓涛教授，负责氢电混合动力系统设计与优化，申报并获批纯电及混合动力系统核心发明专利20余项、国际TOP期刊学术论文10余篇。团队技术负责人：柳平博士，负责转子发动机总体设计，申报并获批转子发动机核心技术发明专利10余项。团队骨干成员：禹进副教授，负责氢气燃烧与控制的研制与优化；陈全龙高级工程师，飞行器设计领域高级工程师，主要负责本团队产品的地面和空中测试评价工作；祝鹏举，空军级专家、正高级工程师，享受国务院政府特殊津贴，是国内顶尖的航空动力技术专家，是团队高级技术顾问，负责技术指导和疑难问题诊断；董永武，讲师，留英博士，负责本团队发动机控制系统研发及国际交流合作；杜玉环博士，讲师，航空发动机传感器及测试系统专家，负责本团队试验测试系统设计及测试程序编制。周宝成，航空结构设计高级工程师，负责发动机结构强度设计与校核。

氢能源作为零排放燃料，是航空业脱碳的重要方案之一，世界主要航空强国家近年密集出台相关扶持政策，我国也于2019年首次将氢能源写入《政府工作报告》，并在2021年将成渝经济圈列为氢能运营示范区。因此发展航空氢转子发动机技术是适应时代需求、贴合国家战略和地区规划的重要举措，对促进国家航空产业绿色发展和实现“双碳”目标意义重大。 航空装备制造是典型的高端装备业，不仅是综合国力的象征，也是拉动经济发展的重要力量。“十三五”“十四五”期间，我国相继出台了一系列政策加快航空装备制造自主化进程。《中国制造2025》提出加快推动航空发动机、机载设备及系统领域的技术突破，形成自主航空产业链。2020年，《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》提出，推进航空航天装备等高端装备生产。2021年，中国民用航空局等部门发布《“十四五”民用航空发展规划》提出推动航空零部件、先进通信导航装备等产业化应用。据统计我国航空装备行业规模持续增长，截至2020年行业规模即达1,028.9亿元，2015-2020年成长率达11.1%，而随着航空装备绿色技术革命发展，氢能源成为重要发展方向。国内外航空氢动力技术主要集中在氢燃料电池和油改氢技术，氢燃料电池功重比不足，还难以在航空中推广应用，油改氢发动机则面临燃烧特性匹配难题。本成果首创的新型转子发动机构型，在保留传统内燃机燃烧室组燃条件和控制调节机制基础上，通过全新设计的转缸错位工作模式从根本上避免氢气逆火燃烧、降低燃氢爆震问题，并通过圆柱转子结构，实现机电集成融合设计，形成紧凑先进的一体化氢电混合动力系统，提高了紧凑性和功重比，在保留了传统内燃机良好的组燃形式的同时，还可以提供发电和增扭的灵活控制，极大的扩展了发动机的应用范围，不仅能够直接适配传统螺旋桨装置为通航、无人机提供绿色环保的动力装置，还可以通过氢电混合动力为飞行汽车、多旋翼飞行器、应急电源提供绿色环保的能源动力解决方案，为传统飞行器、汽车提供紧凑、高效、绿色的辅助动力单元或增程能源系统，具有广泛的应用前景。本成果的成功研发与应用，可助推相关产业升级发展，占据氢能源动力技术的战略高地，并以其原创性提升我国在氢能源领域的全球影响力，能够产生巨大的社会效益和社会效益。

本成果期望的转化方式包括：技术许可、作价入股、委托开发、合作开发、创业融资、股权融资等。成果转化方向包括：轻型绿色航空发动机、氢电混合动力系统、氢能应急电源、飞行汽车、汽车氢能增程系统。成果转化目标：实现航空氢转子发动机的推广应用、汽车氢电增程系统的推广应用，推动绿色飞行汽车关键技术的突破和产业发展。成果转化要求：具有明确的行业应用对象，风险分担、利益共享。