淺析我國軍用航空發動機的發展趨勢

徐燾

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

關鍵詞：軍用航空發動機;發展趨勢;改進措施

前言：飛機引擎是飛機的心臟，它的優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

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

2.軍用航空發動機的特點

2.1第四代軍用航空發動機采用的新技術

2.1.1壓縮系統

非穩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

使用高湍流度強旋流，頭部有蒸發管的倒流，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

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第五代發動機性能特點

2.2.1耗油率大幅降低

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

2.2.2推力性能提高

三外涵變循環發動機推力超過200 kN，軍事推力，加推力比F135發動機分別提高了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為提高發動機的整體性能，第五代發動機將采用大量先進技術，

例如：換熱器冷卻技術，降低發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;采用變循環技術改善發動機非設計點性能;運用適應性技術，增強變循環發動機可調幾何部件之間的聯系，縮小調整變數進行適應性調整來調整。

3.未來軍用發動機趨勢

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略地位：反應迅速，遭到襲擊的目標反應遲鈍，不能轉移戰略目標;難以攔截，飛得比飛得快，導彈的速度，超聲速的突防能力優于現有的各種隱身技術，而且相對于戰略導彈，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“發現即消滅”的能力，同時具有威懾力和實用性，它是一種“常規戰略武器”。低價推出的需求：自衛星發射成功以來，過高的發射成本嚴重制約了空間資源的開發和利用。目前每發射1 k g費載入地球低軌道，這要花22000美元。減少發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。各種發動機的比沖隨飛行 M數的變化，以比沖表示推力與單位時間消耗推進劑的比率，體現發射藥使用效果。

3.2 為解決高超聲速飛行器動力問題

英國航空發動機公司（REL）另一種新的技術途徑——強力預冷發動機。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的飛行馬赫數這些都受到發動機自身工作能力的限制，還有材料的限制。隨 M數增加，持續升高的發動機進氣滯止溫度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，在高溫環境下的軸承、潤滑系統等，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，渦輪發動機完全運轉的進氣溫度已經達到，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，也就是超臨界狀態下的介質換熱和微尺度換熱裝置。物質臨界狀態定義為：氣和液相并存的平衡狀態。如果壓力、溫度超過臨界狀態，就叫做超臨界狀態。液體處于超臨界狀態有其獨特的特征：粘滯系數和擴散系數接近氣體狀態，從而減少了流量損失;

它的熱傳導系數和密度等接近液體，因此熱交換能力強。以超臨界態流體作為換熱介質，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，在超臨界狀態下換熱，將微尺度薄壁構件作為基本傳熱單元，可以實現強預冷。

3.3新材料

新型材料是航空動力技術發展的重要基礎，這是提高軍用航空發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

采用集成、分布式、光纖、新一代軍用航空發動機，元智能數字電控技術與智能，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采用數據總線，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境下穩定可靠地工作。

3.5試驗測量技術

試驗于測量技術對航空發動機的發展有重要用處。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：

以航空發動機為核心，研究開發多轉子、新型耐高溫鈦合金材料，它的性能越來越好，日益可靠，將來的現代化戰爭或局部海戰，飛機上安裝了先進的飛機發動機，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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[2] 劉勤， 周人治， 王占學. 軍用航空發動機特征分析[J]. 燃氣渦輪試驗與研究， 2014（02）：59-62.