一、中國航空活塞發動機的燃料

　　歐美對航空汽油已經不感冒了。2012-2013年，FAA采取了多項措施以達到其2018年航空業全面使用無鉛燃料的目標。最常用的航空汽油Avgas 100LL的產量也僅有航空煤油(比如Jet A)的1%，或者汽車汽油的不到0.2%。這樣小的產量，以及相較于汽車汽油更嚴苛的生產標準，使得世界上只有很少幾家公司愿意或者能夠生產航空汽油。由于生產難度和規模小，航空汽油一般比航空煤油等柴油類燃料要貴10%。至于無鉛航空汽油，由于航空發動機要求燃料有較高的辛烷值，符合這樣標準的無鉛汽油要付出更高的價格，從而進一步減小需求。這就是為什么，UL 91這種無鉛汽油已經被研發出來幾十年，至今仍未廣泛使用。
　　

在中國，一直到2011年只有國石油蘭州石化公司，即蘭煉，這一家公司還在生產航空汽油，而且也并不符合Avgas 100LL每加侖最大含鉛量為2克的標準。
　　

這位朋友問了，那么中國有沒有無鉛航空汽油呢？
　　

要是2年前問這個問題，還真沒有。但從去年開始，還真有了——就是我們上邊剛談到的UL91。
　　

2014年11月，民航局航空器適航審定司正式受理了燕山石化UL91無鉛航空汽油適航審定申請，并成立了航空汽油適航審定委員會。民航航油航化適航審定中心成立了審查組，嚴格按照《民用航空油料適航管理規定》(CCAR-55)和《民用航空汽油合格審定及證后監管程序》(AP-55-AA-2014-04)的要求，進行適航審定，確認該公司生產的UL91無鉛航空汽油符合國際通行的無鉛航空汽油標準，質量控制體系符合適航規章要求。
　　

2015年6月9日，中國民航局航空器適航審定司向UL91無鉛航空汽油生產企業：中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司(以下簡稱燕山石化)頒發了適航批準書。該公司是國內首家獲得適航批準的UL91無鉛航空汽油生產企業，填補了國內無鉛航空汽油生產的空白。中航通用是燕山石化航空汽油的唯一銷售商。
　　

圖1：中國UL91無鉛汽油獲民航局適航批準
　　

官方資料說：油料UL91無鉛航空汽油具有清潔環保、無鉛沉積、硫含量超低、氧化安定性好、無腐蝕、熱值高等特點，符合美國ASTM7547標準，可用于多種通用航空器。
　　

那么，中國航空重油的情況又如何呢？
　　

和國際市場一樣，中國航空的主力油料是重油——航空煤油。2011年全國民航航煤消費量達到1748萬噸(不含港澳臺地區)，同比增長9.2%。其中(進口)保稅油417萬噸。2012年上半年航煤消費達到918萬噸，同比增長10.1%，其中保稅油272萬噸國內航煤產量2011年達到1853萬噸，同比增長8.6%，其中來進料加工365萬噸;2012年上半年達到1000萬噸，同比增長11.5%，其中來進料加工198萬噸。
　　

總體來看，中國航空煤油的生產入不敷出，到2012年進口油占國內航煤消費量的30%以上。值得注意的是，中國航空煤油的缺口，本來在華東華南地區，但近年來資源存在富余的西北地區近年來也出現了缺口。公開資料上說原因是“消費量或軍需增長較快”，大家自己琢磨其中的含義吧，呵呵。
　　

因此，如果中國無人機和通用航空未來需要大的發展，航空(重油)煤油是合適的燃料。航空汽油的價格高，產量小。無鉛汽油目前又只有燕化這一家，價格更高，產量也高不到哪里去，可選擇性太受限了。
　　

二、1950年代中國航空活塞發動機的起步
　　

中國第一款自行制造的航空活塞發動機，也是新中國第一臺航空發動機，是湖南株洲的311廠仿制的蘇聯M-11型，國內型號50號發動機。
　　

話說331廠，原來僅僅是一家炮彈生產廠，第一代中國航空人在極端艱苦的環境下，將炮彈工廠改成了發動機工廠，一邊修理M11發動機，一邊試制簡單部件。在從前蘇聯運回來的技術資料抵達311廠后，就開始著手整機仿制。M11是一款星型活塞式發動機，主要由曲軸、連桿、活塞、汽缸、分氣機構和機匣等部件組成，運作原理是用燃料燃燒產生的能量推動活塞產生動力，因汽缸以星型環繞的方式圍繞傳動軸進行布置，這種發動機也因此得名星型發動機。仿制M11最大的難點是發動機機匣，因為M11的機匣是鋁合金制造的，而當時中國沒有掌握電解鋁技術和鋁合金制造技術，只好自己造電爐，冶煉鋁合金，期間還發生過事故。
　　

1954年8月16日，在蘇聯專家幫助下，中國人自己制造的第一臺仿制活塞航空發動機M11試制成功。功率118千瓦(160馬力)，質量180千克，后裝備于初教-5。
　　

圖2： M11星型發動機
　　

還是這一家331廠，1957年仿制蘇聯A山-62NP型發動機生產活塞-5發動機，800馬力，裝備運-5運輸機，1958年批產。后來，311廠于1962年研制成功了活塞-6星形氣冷9缸活塞發動機，1962年6月4日通過國家鑒定。活塞-6功率為260馬力，發動機重199千克，裝備初教-6教練機。后期生產的活塞-6甲發動機，功率為285馬力，發動機機重200千克，裝備初教6甲教練機。再后來改進的活塞-6丙發動機，裝備于701號、延安2號試驗型小型直升機。活塞-6發動機的改型還用在哈飛的運-11上。問題是，活塞6仍然是仿制的，即蘇聯AI-14P發動機的仿制型號。
　　

M11，活塞-5，活塞-6……都是仿制。那么，中國第一款是自主研制的航空活塞發動機，又是哪一款呢？
　　

兵器迷查到的資料，勉強稱得上是自主研制的第一個國產機型，可能是活塞8發動機。1961年9月，航空部和空軍下達聯合指示，提出了以俄羅斯Аш-82В(690)發動機為主體與Аш-82Т發動機減速器等成熟部件的基礎上，組合設計出一種活塞發動機，安裝在ИЛ-14等四種飛機上，達到“一機多用”，適應西藏高原飛行的需要。
　　

插一句，從時間上看，這個需求應該和西藏平叛后的形勢有關吧。
　　

扯遠了。
　　

1963年10月，651(活塞八)發動機研制成功。雖然仍是以蘇聯發動機為基礎，但這次因為需要將二種發動機的不同部件相結合，因此從需求到研制總算是有自己的設計成分在里面，不算是完全仿制的。
　　

三、1960—2010年代的中國航空活塞發動機
　　

活塞8研制成功快半個世紀后，中國的小型航空活塞發動機，大部分仍然是功率很小的汽油機。北航、南航和西工大都是研制無人機的主力，但在動力上，西北工業大學曾長期是中國唯一的小型航空活塞發動機的自主研制單位，。主要產品包括二沖程發動機和轉子發動機，如HS-280、HS-350、HS-510、HS-700、Z2G系列發動機。功率從15hp到55hp，全部是化油器方式，無一采用直噴供油，也無一具有渦輪增壓功能(復習《技術篇》)。僅能滿足全機質量350公斤(原文如此)的低空短程無人機飛行的要求，技術水準可想而知。
　　

其中比較為人熟知的，如早期國內的無人靶機靶-2，采用的是HS-280二沖程活塞發動機，功率只有15馬力，續航時間只有60分鐘，升限2000米。
　　

圖3：靶-2無人機裝備HS-280活塞發動機
　　

此外，ASN-104無人機裝備的是HS-510發動機。這是一款四缸二沖程氣冷活塞式發動機，最大功率22千瓦(30馬力)。ASN-104的最大平飛速度205千米/小時，巡航速度150千米/小時，實用升限3200米，遙控半徑60千米，續航時間僅2小時。其發展型ASN-105的遙控距離為100千米。該機型出口代號D-4。2014年4月1日韓國《朝鮮日報》稱，韓軍方人士證實，朝鮮曾引入中國的D-4無人機，并進行改良，制造出“方峴”無人機并投入部署。
　　

圖4 ：ASN-104無人機裝備HS-510活塞發動機
　　

再有就是裝備量很大的ASN-206無人機，最大時速210公里，航程150公里，飛行時間4～8小時;飛行高度5000～6000米。其動力是2沖程51馬力的HS-700型活塞發動機。ASN的后繼型號ASN-207，ASN-208無人機，也同樣采用了HS-700的改型發動機。
　　

圖5：ANS-206無人機裝備HS-700活塞發動機
　　

一直到2003年左右，西北工業大學才開始研制80hp的二沖程發動機。
　　

一直到2005年左右，國內還沒有開展渦輪增壓器匹配工作和渦輪增壓控制系統研究。
　　

而國內航空活塞重油發動機，進展甚至不如汽油機。雖然早在1980年代，國內曾經開始研究煤油或其他燃料的發動機，設想出了低壓縮比的單級內風冷柴油轉子發動機的研發方案，但這一方案僅僅停留在了設想節點，并沒有得到后續的實施。從國內的文獻來看，在2013年之前，航空重油活塞發動機的研制基本處于基礎理論研究階段，很難查到定型并大規模生產的重油活塞航機的產品。
　　

看到上面介紹的情況，我們就不難明白，為什么這兩年中國軍用無人機的發展突飛猛進，但作為珠海航展出口明星的翼龍-1無人機和彩虹-4無人機，性價比這么高，察打效果這么好，其發動機卻都是來自奧地利的ROTAX914活塞發動機。
　　

ROTAX914UL，這款翼龍、彩虹-4(甚至網傳也包括彩虹-3)與捕食者A同型的四沖程渦輪增壓活塞發動機，燃料為航空汽油，100馬力輸出@5500轉速，重量64公斤功重比1.5625hp/kg。(另有115馬力/78公斤，功重比1.4743數據，估計與型號批次、轉速、附件重量有關)。
　　

圖6: Rotax914發動機
　　

對比之下，國產的活塞9發動機，也就是中航工業的HS-133活塞發動機，2006年立項，2012年11月28日完成300小時耐久試驗考核。功率只有82 馬力(轉速未知)，重量卻有80公斤，功重比僅1.025hp/kg。
　　

圖7：活塞9/HS-133H活塞發動機
　　

看到差距了吧，我們2012年底剛通過耐久性考核的活塞9，功率82馬力。人家Rotax912也是80馬力，Rotax914是100馬力，1989年到2011年兩型累計生產了大約4000臺。這還不算咱的功重比差了三分之一。
　　

如果說渦噴、渦扇、渦軸、渦槳這些發動機，中國自有產品多少患有心臟病，是性能好壞問題的話;那么在2010年之前，6000-10000米中空、超過10小時航時的無人機所需的80-160馬力活塞發動機，甚至沒有可用的機型，是有無問題，也就是說，沒有自己的心臟。
　　

彩虹-3，彩虹-4，翼龍-1……主力機型的動力全都寄托在ROTAX914上——這就是為什么，兵器迷在2014年發帖《平心不敢稍偏倚，慧眼才得細參詳》中，提出中國無人機的兩大隱憂之一，就是動力無法自主。按說Rotax占據了小型航空活塞發動機80%的國際市場，中國無人機用這樣的發動機，可靠性高也有利于出口。今天中美關系還過得去，大家都可以用，不是大問題。然而，一旦雙方陷入緊張(看目前這個架勢，明后年啥情況還真不好說)，誰能說美國一定不會限制中國進口Rotax和其他出口動力?屆時別說出口市場可能全滅，關鍵是中國自己的軍用無人機沒有合適的動力，如何在戰場上發揮作用
　　

身體(機體)、大腦(航電)、眼睛(傳感器)、拳頭(彈藥)、神經(信號傳輸)、血液(燃料）……都有了，還都不賴。就是這動力，要命啊。
　　

什么叫心腹之患?中國中空無人機的心臟缺失，才真真叫一個心腹之患。（作者：兵器迷的天空）

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