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点燃式与压燃式航空重油发动机的比较

点燃式与压燃式重油活塞式发动机的优缺点基本与其对应的热力学循环（奥托循环和狄塞尔循环）的优缺点一致。与压燃式相比，点燃式重油航空活塞发动机的显著优点在于其较高的功率质量比，以及紧凑的结构和较小的体积。同时，二者的功率覆盖范围也有较大差异，点燃式的功率一般在100 kW以下，而压燃式的功率一般在100 kW及以上。同时，点燃式重油发动机易于在传统航空汽油发动机的基础上进行改进研发，主要技术难点在于如何使闪点高、黏度大的重油实现良好的雾化混合，以保证火花塞能够在低温等恶劣条件下将重油点燃，并且解决压缩混合气过程中的爆震问题。然而，点燃式重油活塞发动机与传统航空汽油活塞发动机相比，只解决了使用油料问题的同时还带来了效率下降等其他问题，所以在航空汽油没有被完全禁止使用之前，其应用场景被局限在对油料使用有特殊要求的场景，比如安全消防、舰艇环境等。而压燃式重油活塞式发动机的热效率高、耗油率低、可靠性高、高度特性好、转速低/扭矩大、减速器质量轻，虽然依然存在功率质量比低、振动/噪声较大等问题，但是与传统航空汽油活塞式发动机相比，同时解决了使用油料、提升效率及可靠性的问题，因此在通用航空的应用场景更为广阔。

通过适航认证的压燃式航空重油发动机

鉴于压燃式航空重油活塞发动机的多重优势，目前国际范围内已有多款发动机研发成功并通过适航认证，其中比较典型的是大陆发动机公司旗下Technify Motors公司的Centurion系列发动机、钻石飞机公司旗下Austro Engine公司的AE300系列发动机、赛峰集团旗下SMA公司的SR305系列发动机等。除目前已经获得欧洲航空安全局（EASA）或美国联邦航空局（FAA）适航认证的压燃式重油活塞式发动机（主要参数见表2）外，还有多款产品正处于研发或取证阶段。

表2 目前已经获得适航认证的压燃式重油活塞式发动机

以上几款通过认证的发动机，除了RED A03之外，均是在现有车用发动机的基础上改进，或者是与车用发动机生产商合作研发的产品。如Centurion 2.0和AE 300/330发动机均是在梅赛德斯-奔驰OME640车用柴油发动机的基础上研发的直列四缸四冲程液冷压燃式活塞式发动机。SMA公司的前身是由法国雷诺汽车赛车部（Renault Sport）与法国DAHER集团飞机部SOCATA公司成立的一个合资公司。DieselJet公司的产品也是在菲亚特汽车公司研发中心、意大利博洛尼大学的合作下研发出来的。无一例外，目前通过适航认证的压燃式活塞式发动机都来自欧洲大陆。相比之下，美国的三角鹰（DeltaHawk）公司研发的DH系列压燃式重油活塞式发动机历时近20年，依然尚未通过适航认证。这与欧洲普遍使用的车用柴油发动机技术高度发达关系重大，相比之下，美国汽车普遍使用汽油发动机。这导致欧洲厂商在车用柴油发动机的基础上研发航空重油发动机上具有天然优势：利用车用发动机的大规模生产线，能够有效降低设计开发的初始成本；利用已有车用发动机的大量可靠性数据，可以有效评估衍生发动机的安全性；将高压共轨直喷等新技术转移到航空发动机上，可以从汽车工业快速持续的技术发展中不断获得改进。

与传统航空汽油、涡轴发动机的参数比较

通过统计40余款已认证或正在研发的压燃式活塞式发动机的功率质量比、耗油率、压缩比、汽缸布置形式、汽缸数量和排量、汽缸行程/缸径等参数，并与奥地利Rotax公司的系列航空汽油活塞式发动机，以及捷克PBS公司TP-100涡轴发动机的相关参数进行比较（如图1和图2所示），可以看出各类发动机的优势和劣势基本与前文分析一致，压燃式重油活塞式发动机的耗油率基本都在0.25 kg/（kW·h）以下，显著优于汽油活塞发动机和涡轴发动机，而其功率质量比普遍在1以下，与另外两类发动机差距明显。

图1 几种典型发动机功率质量比的比较

图2 几种典型发动机的功率和耗油率的分布

原文刊载于《航空动力》2020年 第5期

作者 胡强 余双




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