漫谈航空发动机反推技术

着陆速度与跑道的矛盾

常规飞机靠机翼上/下表面压力差提供升力，飞行速度是机翼压力差的决定因素，也与气动控制面效率有关系。飞机着陆时为保证控制面的气动效率以及有足够的升力保证接地的稳定，必须保持必要的飞行速度。机轮触地后必须进行长距离滑跑，通过滑跑过程中的摩擦和气动阻力降低速度。不同类型的飞机有对应的滑跑距离，而落点误差和跑道条件也会影响滑跑距离。

飞机在触地后减速越快，着陆性能就越好。但是，现代军、民用飞机采用的机轮刹车、减速伞和阻力板的效果有限，受机体结构强度和跑道摩擦力的影响较明显，着陆接地速度偏大，道面存在冰雪和潮湿都会大幅度增加滑跑距离。飞机发动机推/拉力既然可以让飞机运动加速，反向的推/拉力自然也可以提供减速效应。大型军/民用运输机及部分军用飞机，为了应对不同的场地条件及保证着陆安全，普遍采用带反推装置的动力系统，以便需要时提供灵活可靠的减速作用，这被称为动力减速。借势而为的动力减速

动力减速不需考虑飞机的气动条件，与起落装置的设计和布局也没有关系。采用动力减速的大型多发飞机，不仅可通过反推方式降低速度，还可利用两翼发动机正/反推动力差异，不需借助牵引车辆就实现极小半径的转向，解决大型飞机转向半径与跑道宽度的矛盾。

发动机反推的减速作用完全取决于发动机推力/功率，不受跑道的平整度和道面条件影响。道面上的冰雪和潮湿对机轮刹车影响很大，却不会影响反推的效率。在摩擦阻力小的潮湿跑道着陆时，反推系统的减速效果明显超过气动和摩擦减阻，适于应付迫降时迅速减速、中断起飞或气候突变造成的特殊情况。

机轮刹车和拦阻钩在飞机触地后才会发挥作用；减速伞虽然可以在接近地面时使用，但进行单次使用后就必须维护和更换。动力减速是发动机自带的功能，相比需要在使用后检查维护的机轮刹车、减速伞、拦阻钩这样的设备，动力减速装置可以无限次数地使用，在跑道上使用反推也没有位置和速度的限制。反推装置的缺点是结构复杂、重量大和成本高，使用中问题较多。

反推并不会影响到发动机涡轮段的正常工作，但反推排气经偏转后会靠近发动机进气口前端，易导致进气口气流畸变，使发动机产生推力变化、噪音和喘振，必须在发动机设计时对这些问题进行考虑。反推在地面启动时，偏转后的发动机高速喷流冲击到地面，易造成砂石等异物飞溅，打击机身结构或吸入发动机。同时，靠近机体的发动机反推装置工作时，偏转的气流会；中击到机身结构，容易产生压力疲劳、烧蚀（军用机）和气动控制效率降低的负面作用。现有反推应用的实例

折流板反推折流板是最早应用于喷气发动机的反推装置。主流的折流板反推是在发动机后段外侧安装独立的折流板（大都采用两块对置），反推启动后采用旋转拉杆将折流板放出，两侧折流板在喷口后方形成封闭遮挡，使喷气流转向形成反向推力。

折流板反推的结构相当简单，与常规的减速板没有什么大的差异，制造、安装和维护的要求都不高。国外民用飞机最早采用的动力减速装置，就是对开的折流板反推系统，翼吊布局发动机主要采用水平收拢折流板，尾吊布局的发动机则主要采用垂直收拢折流板。折流板反推属于出口后反推装置，关闭的折流板会封闭整个喷口，发动机的全部推力都将用于反推，独立于发动机的折流板也不存在密封问题。折流板反推装置出现的时间比较早，主要用于涡喷和小涵道比涡扇动力，现有带反推的军用战术飞机也以该类技术为主。

隔栅反推国外民用飞机在60年代开始采用大涵道比发动机。发动机风扇段的直径较大，发动机本体的长度相对较短。折流板反推装置的尺寸与重量有直接关系，因此只适应涡喷或小涵道比发动机。大涵道比发动机如果采用出口后折流板反推，折流板的重量将大幅增加，发动机外壳也没有足够空间容纳折流板。发动机生产企业为使动力减速装置适应大涵道比发动机，大都采用拉伸式发动机尾环和隔栅反推装置。

现代大涵道比涡扇发动机的外涵道推力占总推力的60%～80%，仅对外涵道推力实现反推就足够满足减速要求。隔栅反推针对的就是发动机外涵道的推力，通过分体的环形折流板封闭外涵排气通道，将外涵道推力折流转向形成反推，核心机部分的推力仍正常向后喷出，发动机出口处于无遮挡的开敞状态。核心机部分保持向后喷气是为了保持动力，以便战术需要时迅速加速。

隔栅式反推只适用于带外涵道的涡扇动力系统，反推效率能达到外涵道流量的70%～80%，但这种装置的活动部件多，各部件工作的关联性高，对可靠性和工作稳定性要求很高。同时，隔栅系统需要设置可后移的活动发动机外罩、涵道内可收放的复合折流板和舱壁处的隔栅，外涵道反推空气通道部分结构存在较多的密封问题。

隔栅反推同时存在推力和反推力，动力结构虽然比较复杂，控制技术难度也比较高，但相比全封闭的折流板反推，隔栅反推不仅能在滑跑时使用，飞行过程中也可使用，有利于提高发动机对使用环境灵活性的要求。隔栅反推的折流板完全处于外涵道内，转轴打开的折流板既封闭又偏转，发动机外侧只有与舱壁同平面的隔栅板，在空中使用反推时发动机舱的气动阻力较低。

现代民用航空发动机的涵道比均很高，外涵道推力占总推力的比例也很大。相对外涵道大推力与低重量的结构特点，反推装置已经成为改善发动机性能的瓶颈。按照美国波音公司针对波音767动力系统的研究，反推装置重量占发动机结构重量的20%～30%，如何降低结构重量已经成为反推技术的难点。现代大涵道比发动机外涵道的排气温度低，如果采用较轻的软性织物替代涵道内的刚性折流板，有条件在保证基本性能的前提下明显降低重量，是隔栅式反推系统结构改进的有效手段。

鳄鱼口反推鳄鱼口反推是隔栅式反推的变种形式，在90年代开始应用于民用航空动力。鳄鱼口反推是在发动机外涵道后段环形设置多个矩形排气门，每个排气门里都有对开的两个折流板。反推系统启动后，排气门折流板分别向内和向外打开，涵道内折流板阻挡喷流，发动机舱外侧的折流板则用以改变喷流方向。对开的折流板工作状态类似鳄鱼张开的大嘴，因此被称为鳄鱼口反推。endprint

鳄鱼口反推的效率能达到发动机静推力的40%。鳄鱼口结构比隔栅结构简单，也利于适应更大的涵道比。但折流板结构重量较大，打开的外侧折流板还会改变发动机舱外形和气动条件，飞行中使用反推的气动问题比隔栅式要复杂。鳄鱼口反推出现时间较晚，又没有突出的技术优势，目前应用范围还不如隔栅式反推装置。

机翼结构反推机翼结构反推是在发动机喷口后的机翼段设置可折叠的阻力板，工作时打开挡板遮挡发动机喷流实现减速。机翼结构反推与发动机各自独立，不存在发动机反推的密封、结构和重量问题，技术难度也不大。机翼结构反推类似于二战时期俯；中轰炸机的减速板，现有研究方向大都将反推折流板与飞机活动增升翼面组合，用组合活动面实现机翼变弯度、增升和动力减速功能。军用飞机的反推应用

相对于只需考虑着陆安全性的民用飞机，军用飞机必须考虑到战争期间跑道被破坏的影响。现代作战飞机的减速装置除减速板、机轮刹车和减速伞外，还有不少型号采用拦阻钩强制减速。

按照模拟分析和演习的经验，减速板和减速伞的减速效果存在局限，机轮刹车也要考虑到跑道条件和机轮的寿命。拦阻钩虽然是西方战术飞机的重要减速装置，但必须与跑道上的拦阻索配套使用，拦阻索前后都要有必要长度的完好道面，限制了拦阻钩的使用可靠性和灵活性。动力减速比气动减速的效率要高，也不会受到地面设施条件和着陆位置的影响，是一种在理论上较有前途的减速措施，但反推在军用战术飞机中应用的范围却不算大。

美国在80年代验证新一代战斗机技术时，就考虑过动力减速技术。由F-15改装的F-15S/MTD短距起降验证机采用了带反推装置的二元喷管，结构相当于折流板与隔棚反推的综合。

F-15S/MTD的二元喷管在垂直向可以进行±20°的偏转，喷管上/下表面还带有类似隔栅装置的活门，在喷管内放下活门挡板后，可以将喷气流从活门处喷出实现反推减速。F-15S/MTD的反推装置可以在空中使用，具备比减速板更好的减速效果，据称着陆时采用反推装置后的滑跑距离可减少到380米，潮湿和不平坦跑道上的着陆滑跑距离也不超过470米，同条件的F-15A/B标准跑道着陆滑跑距离则要达到1060米。

瑞典Saab-37在设计中强调短距起降性能，采用了与尾喷管结合的反推装置。Saab-37在RM8发动机喷口后段的机体尾段，设置有带三组开口和折流板的反推装置。飞机在亚音速飞行时，反推装置的开口打开，折流板收起，机身外空气通过开口流入喷管后段以降低阻力。超音速飞行时折流板开口封闭，后段机身作为发动机加力引射喷管使用。Saab-37在着陆时，当飞机前起落架接触地面后自动启动反推，放下的折流板将喷流通过开口偏转，将飞机的滑跑距离控制在500米内。

RBl99涡扇发动机是上世纪80年代非常出色的中推动力系统，专用于“狂风”的RB199标配有反推装置。“狂风”的反推功能只是为滑跑减速，没有F-15S/MTD那样的在空中使用的要求，因此选择技术简单成熟、采用垂直对合偏导方式的折流板结构。

“狂风”在设计上很强调短距起降能力，意图在欧洲爆发大规模战争、机场在受到苏联航空兵和战术导弹密集攻击后，飞机仍可用剩余跑道起降，必要时还可依靠高等级公路作为临时场地。“狂风”在着陆时使用反推装置的目标，就是要保证飞机在370米滑跑距离内停机。

“狂风”采用独立的折流板反推装置，机轮触地后自动打开并封闭排气通道，发动机全部推力都可作为反推动力。“狂风”反推系统的结构重量较大，安装反推装置后的RB199发动机达到1吨。RB199发动机着陆时的排气温度较高，反推使用时的偏转燃气直接冲击机身发动机段，使用几次就会在后机身垂尾位置形成烧蚀色。“狂风”的反推装置作为短距着陆的减速措施，完全是为了满足战争条件下的场地要求，与民用飞机常规性的动力减速措施不同，“狂风”不需要在日常训练中频繁使用反推。

反推作为强制性动力减速措施，降低滑跑距离的效果非常好，但结构重量和维护工作量均很大，战术飞机很难承受反推系统复杂的结构和重量影响。“狂风”和Saab-37应用反推装置是为了保证短距着陆要求。F-15S/MTD验证反推是为了支持ATF项目，但ATF短距着陆要求在项目实施中因整体结构和性能协调的关系被放弃，二元矢量喷管设计中也放弃了反推装置。目前只有民用发动机将偏转反推系统作为基本配置，当在研的喷射引流反推装置达到实用后，取消机械遮挡装置的反推系统将可能实现推力/反推一体化，届时反推装置不再局限于减速，而成为飞机整体气动/推动设计的积极因素。[编辑/旭日]endprint