空中客车 AS350 现在已更名为 H125,经过多年的发展,其发动机十分已经很成熟。我们来回顾下AS350/H125的发动机发展历史吧。
当第一架 AS350 于 1974 年 6 月 27 日升空时,它采用的是莱康明 LTS101 涡轮轴发动机。八个月后,第二架原型机飞上蓝天,这架飞机安装了透博梅卡公司 [Turbomeca](现赛峰集团 [Safran])的阿赫耶 1B (Arriel 1B)发动机。
最初的计划是将装有莱康明发动机的 AS350(也称 Ecureuils,法语松鼠的意思,现在空中客车公司将其命名为 H125)以 AS350 C“单星”(AStar)的名称销往北美,而装有透博梅卡发动机的 AS350 B 则销往别的地方。然而,由于莱康明发动机的早期问题,“阿赫耶”成为了更受欢迎的选择,最终,配备这种发动机的直升机也进入了北美市场。霍尼韦尔后来收购了 LTS101,并解决了有关问题,使其成为一款性能可靠的发动机。对于寻求“阿赫耶”替代品的运营商来说,LTS101 仍然是改装 AS350 的热门选择。去年,霍尼韦尔将该发动机的所有权出售给了犹他州林顿的山间涡轮机公司(Intermountain Turbine)。与此同时,阿赫耶发动机的产品也在一直在改进,其部件和材料来了重大改进,可用功率从 650 马力提升到 1,000 马力;大修间隔时间(TBO)从 1,000 小时延长到 5,000 小时;并将强制检查期延长至 15 年(不考虑小时数)。赛峰集团称,阿赫耶发动机是同种类型的产品中最畅销的直升机发动机,自1977年以来已售出近16,000台,累计飞行6,000万小时。
如今,阿赫耶不仅为 H125 提供动力,还为空客AS365“海豚”、MH-65“海豚”(美国海岸警卫队)、H130、H145 和 H155 ;莱昂纳多新型 AW09;西科斯基 S-76C、S-76C+ 和 S-76C++;中国哈尔滨Z-9 和 Z-19;以及韩国航空航天工业公司的轻型武装直升机提供动力。几乎每天每 15 秒就有一架以阿赫耶为动力的直升机起飞。
阿赫耶的开发始于 20 世纪 70 年代初,当时法国宇航公司(现为空中客车直升机公司)与透博梅卡公司(现为赛峰直升机发动机公司)接洽,要求为其民用市场开发的三款新直升机中的两款提供 700 轴马力 (shp) 的动力装置:单发的“松鼠”和双发的“海豚”。阿赫耶 1B 安装在“松鼠”上,而阿赫耶1A 则安装在“海豚”上。该发动机采用了透博梅卡公司早期 Astazou 发动机的经典结构,这种发动机曾为包括法国宇航“小羚羊”(Gazelle)在内的多种飞机提供动力:两级压气机(轴流和离心)、环形燃烧室和三级涡轮。
随着“海豚”重量增加,宇航公司要求透博梅卡企业来提供更强的动力。为此,透博梅卡公司开发出了阿赫耶 1C,它能提供更高的单发不工作(OEI)功率、连续 OEI 和最大起飞功率。20 世纪 80 年代末,法国宇航要求将“松鼠”和“海豚”的发动机功率再提高 20%。这导致了阿赫耶 2 的开发。该型号保留了阿赫耶1 压气机,因为如果改变压气机就必须修改发动机气流和当时安装在四种直升机型号上的进气口:“松鼠”、“海豚”、S-76 和 BK117(H145 的前身)。
“这是一个复杂的问题,有必要进行大量测试,而且成本非常高昂。”查尔斯·克拉沃向我们解释道。克拉沃曾担任阿赫耶总工程师,于 2016 年从透博梅卡市场战略副总裁一职退休。现任公司历史学家(AAPHT,即透博梅卡历史遗产之友协会)。阿赫耶 1 压缩机必须保留,但两级高压涡轮被单级涡轮取代,单级涡轮的叶片由单晶合金(通常称为超级合金)制成。
这种材料能承受极高的温度。作为“单晶体”铸造,它消除了晶界,提高了材料强度。克拉沃表示,对于阿赫耶 2 来说,高压涡轮机的最高工作时候的温度提高了 100 度,即“增加了很多功率”。
阿赫耶 2 也是第一款提供全权数字发动机控制 (FADEC) 的直升机发动机,1996 年首次提供单通道控制,最初用于西科斯基 S-76,后来采用双通道控制。第一个双通道系统于 1998 年底在 EC155 上交付使用。它大幅度的提升了可靠性并简化了系统的液压机械部分。FADEC 软件定时进行修订,以优化操作性和功率输出,但不会增加净功率。
随后推出了 1,000 马力的阿赫耶 2+(起飞功率为 952 马力),轴流压气机和高压涡轮材料得到改进。它最初于 2011 年安装在 AS350 上(后来在 H125 上被认证为 2D,安装在 H145 上的型号被认证为 2E)赛峰“始终致力于 [Arriel 发动机] 系列的改进,”克拉沃表示,“但我们不想彻底改变初始设计。”
有一点不太可能改变,那就是用于燃烧室的燃油甩油盘技术。克拉沃说,这种技术“能更彻底地燃烧燃油,温度更高,排放更少。他说:“燃烧效率约为 99.99%。”他坚持认为,与固定喷嘴设计相比,甩油盘能提供更均匀的燃烧,并将“完全均匀的火焰送入燃烧室”,“效率非常高”。其结果之一就是出色的功率重量比。阿赫耶 2+ 可提供 1,000 马力,但重量仅为 298 磅(90 千克)。克拉沃认为,再减轻发动机的重量也不经济。他说:“没人有兴趣花费数百万美元把发动机重量减轻 2 至 5 公斤。直升机的重量年复一年地增加,因此就需要更强的动力。” - 即使这在某种程度上预示着更大的油耗。
但并非所有 AS350 运营商都同意这一观点。对他们来说,加装霍尼韦尔LTS101 发动机仍然是一种选择,包括 AS350 B2。与赛峰集团的阿赫耶发动机相比,LTS101耗油更少,但功率也更小(LTS101-700D-2为732马力)。达里尔·克里斯滕森(Darryl Christensen)非常了解 LTS101。克里斯滕森对 LTS101 发动机的了解可以追溯到 1986 年在落基山直升机公司(现为 Air Methods 公司)工作时,当时他负责为 MBB 公司(现为空中客车公司)的 BK117 空中救护车安装发动机。如今,他是山间涡轮机服务企业的创始人兼总裁,该公司是 LTS101 的证书持有者。他于 1993 年创办了此公司。1999 年,山间公司成为霍尼韦尔授权的 LTS101 客户支持中心,并于 2006 年成为授权服务中心。LTS101发动机大约生产了 2,000 台,目前仍有大约 700 台在运行。其中,250 到 300 台安装在“单星”上 - 主要是 B2 型号,但也有少数安装在 BA 上。
该发动机的基本结构包括一个一级低压轴流压气机、一个高压离心压气机、一个环形燃烧器、一个单级高压涡轮和一个低压涡轮。干重 241 磅(110 千克)。克里斯滕森认为,LTS101 的购置和维护成本均低于阿赫耶,油耗更低,高原和高温性能更好。
“阿赫耶的 N1/NG 速度往往会耗尽,而 LTS101 通常不会”。但他指出,两种发动机的额定功率是相同的。他还说,LTS101 能够准确的通过维护手册进行“状态”维护,不需要由服务中心来维护。虽然这两款发动机的大修间隔为 2,400 小时,但克里斯滕森称其“有点无关紧要”,因为 LTS101 可以按状态运行。
LTS101 的主要检查要求为 1,800 小时,可超出 10%。该过程包括热段、冷段和齿轮箱的检查。在 Covid-19 引发供应链问题之前,这一检查的平均时间为 45 天。现在,时间稍长了一些,山间公司还在继续解决供应链问题。克里斯滕森说,成本和维护灵活性是大多数客户选择这款发动机的原因。
他估计,LTS101 - 600 发动机的燃油消耗比同类阿赫耶发动机低 10%至 15%,而LTS101 -700 发动机的燃油消耗则低 5%至 10%。改装费用平均在 55 万到 60 万美元之间,这中间还包括发动机和各种辅助部件,包括新的尾桨传动轴和其他零散部件。克里斯滕森承认,LTS101 刚问世时名声很差,“当我开始为这些发动机工作时,一台安装在 BK117 上的全新 LTS101 发动机能坚持使用 150 小时不进行大的维修,就已经算很好了” 。
早期的问题包括动力涡轮转子、有缺陷的齿轮和“总是漏油”的密封件。但经过多年的改进,发动机变得“更加坚固耐用”,包括更好的燃烧室与发动机整体燃烧更加清洁等。
克里斯滕森说:“以前只要飞一次,尾梁就会被烟尘覆盖,变得脏兮兮的。现在,它们干净多了。”
山间公司在仓库里储存了大量的备件,包括核心机,还拥有两个发动机试车台。该公司自己不生产零部件,而是依靠固定的供应商。克里斯滕森说,最近的大多数改装客户都在北美以外,特别是澳大利亚和新西兰,经营的行业包括公用事业、直升机采伐、采矿、石油天然气支持和旅游业。
他说,LTS101“是一款出色的发动机”,“单星”是一款出色的直升机”,并表示他期待着“业务增长”。