“双碳”目标为全球航空业带来了前所未有的减排挑战，推动新能源动力技术创新已成为行业发展的核心方向。在此背景下，由德国MTU航空发动机公司主导的“水增强涡扇发动机”研究项目，代表了当前一项关键的前沿探索。该项目通过引入水增强循环技术，实现高效回收发动机排气中的余热，提升整体热效率。同时可有效减少飞行过程中的二氧化碳和氮氧化物排放，并抑制凝结尾迹的形成，对应对气候变化具有积极意义。展望未来，该技术路径与可持续航空燃料、氢能源等清洁动力的结合应用，将进一步推动航空动力系统的深度脱碳，为实现全球航空业绿色可持续发展提供重要支撑。
水增强涡扇发动机当前面临的核心技术挑战聚焦于热交换器（特别是蒸发器与冷凝器）的工程设计，其难点在于如何满足航空发动机对体积和重量的严苛限制，实现轻量化、紧凑化设计，并确保在飞行条件下高效、可靠地运行。本文在水增强涡扇发动机的构型基础上，提出了闭式与开式两种采用氢气燃料的水增强涡扇发动机热力循环模型。本文在维持燃烧室出口温度与总空气流量恒定的条件下，通过建立并迭代计算两种热力循环模型，系统分析了巡航工况下不同水气比（WAR）对两种动力循环模式的性能影响，重点对比了其动力特性，包括内/外涵道推力贡献、单位推力等关键指标，以及耗油率、总效率所代表的经济性表现。
图1. MTU航空公司水增强涡扇发动机概念图
图2. 闭式水增强涡扇发动机各部件及特征截面示意图
图3. 开式水增强涡扇发动机各部件及特征截面示意图
此外，本文探讨了两种循环模式在结构实现上的关键差异，具体为两种循环模式下不同的冷凝器热负荷、涵道比需求引发的发动机整体尺寸、结构复杂性挑战，本文为氢燃料水增强涡扇发动机结构设计提供了依据。本工作由直升机动力学全国重点实验室专项基金（编号：ZAG25006-34）及中央高校基本科研业务费专项资金（编号：NT2024005）资助。
张靖周，1964年3月生，南京航空航天大学教授，博士，博士生导师。主要从事航空燃气涡轮发动机热端部件强化冷却、强化传热技术与理论等基础和应用基础研究工作。主持了国防973、863计划、国家自然科学基金、“两机专项”重大专项、航空科学基金、国防科技预研基金和航空推进验证计划等多项科研，获省部级奖6项。出版专著和教材3部，在国内外学术刊物上发表论文200余篇，连续多年入选Elservier航空航天领域“高被引学者榜单”，Chinese Journal of Aeronatics、航空学报和南京航空航天大学学报等期刊编委。
孙文静，南京航空航天大学副教授，第十届中国科协青年托举人才，江苏省“双创博士”，主要研究方向多相流流动及强化传热。主持军科委基础加强计划基金、基础加强重点研究计划子课题、智能发动机专项子课题、两机基础科学中心重点项目等国家级省部级科研项目。重点围绕超高超声速推进系统热防护、飞行器红外隐身、涡轮叶片颗粒沉积与冷却结构设计等关键技术开展基础性研究工作，在国际国内权威期刊发表学术论文30余篇，授权发明专利7项。
