淺析我國軍用航空發(fā)動機的發(fā)展趨勢

徐燾

摘 要：根據(jù)國防戰(zhàn)略和社會穩(wěn)定的實際需要，政府投入了大量的人力和物力，致力于發(fā)展軍用航空發(fā)動機的設計與開發(fā)，已有一些成果，但是，與西方發(fā)達國家相比，在產(chǎn)品穩(wěn)定性和質量方面仍有較大差距。為進一步加快發(fā)展步伐，綜合國家資源，組建中國航空發(fā)動機集團，推進軍用航空發(fā)動機設計產(chǎn)業(yè)化管理體系的完善。

關鍵詞：軍用航空發(fā)動機;發(fā)展趨勢;改進措施

前言：飛機引擎是飛機的心臟，它的優(yōu)劣代表著這個國家的國防科技水平，還有航空兵的生命保障，多用于國防防空反導，抵抗外力的尖兵。

1.軍用飛機的重要作用

現(xiàn)代化的局部戰(zhàn)爭已經(jīng)證明，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場的重心正從陸地轉向空中，空戰(zhàn)占主導地位的趨勢越來越明顯，一方有空中威懾和空中優(yōu)勢，幾乎可以左右戰(zhàn)爭的進程和結束，可以從事軍事工作，具有多方面的政治和經(jīng)濟目的。對發(fā)展中國家來說，空中打擊是最現(xiàn)實的，軍事威脅的最大?？哲娷娛铝α恐饕揽孔鲬?zhàn)飛機的綜合作戰(zhàn)能力來實現(xiàn)，但是，也離不開高速、機動的軍事空運的有力支撐。由于航空發(fā)動機是提高空中軍事力量和發(fā)展民用交通的一個極其重要的倍增裝置，因此，重點是加快開發(fā)速度不管是政治戰(zhàn)略，無論是軍事戰(zhàn)略還是經(jīng)濟戰(zhàn)略都應該是必然的選擇。盡管航空發(fā)動機的落后程度可通過改進飛機電子設備和火控系統(tǒng)來部分彌補，但是就長期而言，飛機發(fā)動機工業(yè)的落后將嚴重制約航空工業(yè)的發(fā)展，那是航空業(yè)最大的缺點。

2.軍用航空發(fā)動機的特點

2.1第四代軍用航空發(fā)動機采用的新技術

2.1.1壓縮系統(tǒng)

非穩(wěn)定三維有粘氣動設計，將平均級增壓比提高到1.45～1.50;引進可調導葉，彎掠葉片設計，改善了效率和呼吸裕度;運用中低展比設計;使用空心寬弦葉片和整體葉盤設計，重量減輕;用刷式封嚴，降低氣體泄漏

2.1.2燃燒系統(tǒng)

使用高湍流度強旋流，頭部有蒸發(fā)管的倒流，強旋轉氣流增強混合等燃燒室頭部設計，燃燒效率高，出口溫度分布均勻;使用氣動噴霧，氣霧等噴嘴，改進燃料霧化質量;浮壁式火焰筒設計;使用高燃料空氣比燃燒技術;介紹了對流加氣膜復合冷卻、多孔層板冷卻技術。

2.1.3渦輪系統(tǒng)

非定常全三維有粘氣動設計方法，增加渦輪機氣動載荷;渦輪機葉片采用單晶材料;高低汽輪機采用反向設計，降低飛機機動飛行的陀螺力矩;使用多通道強制對流加氣膜冷卻，鑄冷加拉米洛冷卻、超冷、內(nèi)增強冷卻等工藝，用電子束物理氣相沉積熱障涂層，改善汽輪機冷卻效率。

2.2第五代發(fā)動機性能特點

2.2.1耗油率大幅降低

具有較優(yōu)的第五代發(fā)動機，較大進氣量，可以達到較低的燃料消耗，改進引擎的經(jīng)濟性，從而提高飛機的壽命，等待時間;它的動力效率比最新的F135發(fā)動機提高了25%。

2.2.2推力性能提高

三外涵變循環(huán)發(fā)動機推力超過200 kN，軍事推力，加推力比F135發(fā)動機分別提高了5%和10%;可以進一步提高飛機的飛行速度和高速沖刺能力，讓第五代戰(zhàn)斗機在沒有加力的情況下保持超音速巡航飛行，減少飛機起飛和降落的距離，提升先進技術運用。

2.2.3為提高發(fā)動機的整體性能，第五代發(fā)動機將采用大量先進技術，

例如：換熱器冷卻技術，降低發(fā)動機高負荷部分的應力和溫度;使用氣動矢量噴管，改善飛機的隱蔽性;采用變循環(huán)技術改善發(fā)動機非設計點性能;運用適應性技術，增強變循環(huán)發(fā)動機可調幾何部件之間的聯(lián)系，縮小調整變數(shù)進行適應性調整來調整。

3.未來軍用發(fā)動機趨勢

3.1高超聲速飛行器動力

高超音速飛行器具有極其重要的戰(zhàn)略地位：反應迅速，遭到襲擊的目標反應遲鈍，不能轉移戰(zhàn)略目標;難以攔截，飛得比飛得快，導彈的速度，超聲速的突防能力優(yōu)于現(xiàn)有的各種隱身技術，而且相對于戰(zhàn)略導彈，機動靈活，沒有固定彈道;高超音速將超越太空極限，不用依靠海外基地，具有“發(fā)現(xiàn)即消滅”的能力，同時具有威懾力和實用性，它是一種“常規(guī)戰(zhàn)略武器”。低價推出的需求：自衛(wèi)星發(fā)射成功以來，過高的發(fā)射成本嚴重制約了空間資源的開發(fā)和利用。目前每發(fā)射1 k g費載入地球低軌道，這要花22000美元。減少發(fā)射成本是我們一直追求的目標。高速超聲波飛行的關鍵是動力，所以各國都大力研究。由于各種類型的引擎工作不同，這兩個飛機都有自己的最佳航程。各種發(fā)動機的比沖隨飛行 M數(shù)的變化，以比沖表示推力與單位時間消耗推進劑的比率，體現(xiàn)發(fā)射藥使用效果。

3.2 為解決高超聲速飛行器動力問題

英國航空發(fā)動機公司（REL）另一種新的技術途徑——強力預冷發(fā)動機。如今的航空燃氣輪機為何被用作軍機的動力，不要超過2-3的飛行馬赫數(shù)這些都受到發(fā)動機自身工作能力的限制，還有材料的限制。隨 M數(shù)增加，持續(xù)升高的發(fā)動機進氣滯止溫度T1，氣溫愈高，壓縮愈困難，壓縮機運轉困難，進口溫度升高后，壓縮機出口溫度T2也相應升高，燃燒室內(nèi)的熱量與（T3-T2）成比例，受到渦輪葉片材料的限制，（T3-T2）趨于0，加熱量減少，一直到加不進去，引擎一點也不行！而 M=5時，其流動溫度達到1315 K，引擎材料也會遇到很嚴重的問題，熱端難以冷卻，由于冷氣本身溫度的大幅度提高，冷端零件同樣面臨高溫問題，在高溫環(huán)境下的軸承、潤滑系統(tǒng)等，對引擎的正常運行有影響。強力預冷是解決上述問題最直接有效的方法：飛快飛入引擎的空氣在氣流中流動的瞬間（0.01～0.05秒）降低800～1000 K;將M5的流動溫度從1315 K提高，一秒鐘降至300～500 K，目前，渦輪發(fā)動機完全運轉的進氣溫度已經(jīng)達到，而物料及冷卻問題也大大減輕。實施強預冷的有效措施有兩條，也就是超臨界狀態(tài)下的介質換熱和微尺度換熱裝置。物質臨界狀態(tài)定義為：氣和液相并存的平衡狀態(tài)。如果壓力、溫度超過臨界狀態(tài)，就叫做超臨界狀態(tài)。液體處于超臨界狀態(tài)有其獨特的特征：粘滯系數(shù)和擴散系數(shù)接近氣體狀態(tài)，從而減少了流量損失;

它的熱傳導系數(shù)和密度等接近液體，因此熱交換能力強。以超臨界態(tài)流體作為換熱介質，可以得到流動損失小、熱交換效果好，換熱效果好。微尺度熱交換裝置：如熱交換的基本單元是一個直徑小于1 mm、壁厚小于0.05 m的毛細管，并有超大的長徑比。由于單位質量介質換熱面積與毛細管半徑成反比，通過減小半徑來增加傳熱面積。因此，在超臨界狀態(tài)下?lián)Q熱，將微尺度薄壁構件作為基本傳熱單元，可以實現(xiàn)強預冷。

3.3新材料

新型材料是航空動力技術發(fā)展的重要基礎，這是提高軍用航空發(fā)動機推重比的主要突破。主體為樹脂基復合材料，加強纖維鈦基材料，耐熱合金材料，用新材料，確保其耐高溫性能，在高強度前提下，降低引擎質量。

3.4控制系統(tǒng)

采用集成、分布式、光纖、新一代軍用航空發(fā)動機，元智能數(shù)字電控技術與智能，也會增加控制的可靠性，減少燃油消耗，降低品質。全智能集散控制系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)總線，有質量輕的，良好的控制力，可以在在強烈的電磁輻射和強烈的振動環(huán)境下穩(wěn)定可靠地工作。

3.5試驗測量技術

試驗于測量技術對航空發(fā)動機的發(fā)展有重要用處。低速度大尺寸試驗模擬技術對重要壓氣機和渦輪技術十分重要。常見的有高頻壓力傳感器、PIV等。

結束語：

以航空發(fā)動機為核心，研究開發(fā)多轉子、新型耐高溫鈦合金材料，它的性能越來越好，日益可靠，將來的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭或局部海戰(zhàn)，飛機上安裝了先進的飛機發(fā)動機，對于防空反導，抵抗外來敵人的入侵，是十分重要的。

參考文獻：

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