浅析我国军用航空发动机的发展趋势

徐焘

摘 要：根据国防战略和社会稳定的实际需要，政府投入了大量的人力和物力，致力于发展军用航空发动机的设计与开发，已有一些成果，但是，与西方发达国家相比，在产品稳定性和质量方面仍有较大差距。为进一步加快发展步伐，综合国家资源，组建中国航空发动机集团，推进军用航空发动机设计产业化管理体系的完善。

关键词：军用航空发动机;发展趋势;改进措施

前言：飞机引擎是飞机的心脏，它的优劣代表着这个国家的国防科技水平，还有航空兵的生命保障，多用于国防防空反导，抵抗外力的尖兵。

1.军用飞机的重要作用

现代化的局部战争已经证明，在现代战争中，战场的重心正从陆地转向空中，空战占主导地位的趋势越来越明显，一方有空中威慑和空中优势，几乎可以左右战争的进程和结束，可以从事军事工作，具有多方面的政治和经济目的。对发展中国家来说，空中打击是最现实的，军事威胁的最大。空军军事力量主要依靠作战飞机的综合作战能力来实现，但是，也离不开高速、机动的军事空运的有力支撑。由于航空发动机是提高空中军事力量和发展民用交通的一个极其重要的倍增装置，因此，重点是加快开发速度不管是政治战略，无论是军事战略还是经济战略都应该是必然的选择。尽管航空发动机的落后程度可通过改进飞机电子设备和火控系统来部分弥补，但是就长期而言，飞机发动机工业的落后将严重制约航空工业的发展，那是航空业最大的缺点。

2.军用航空发动机的特点

2.1第四代军用航空发动机采用的新技术

2.1.1压缩系统

非稳定三维有粘气动设计，将平均级增压比提高到1.45～1.50;引进可调导叶，弯掠叶片设计，改善了效率和呼吸裕度;运用中低展比设计;使用空心宽弦叶片和整体叶盘设计，重量减轻;用刷式封严，降低气体泄漏

2.1.2燃烧系统

使用高湍流度强旋流，头部有蒸发管的倒流，强旋转气流增强混合等燃烧室头部设计，燃烧效率高，出口温度分布均匀;使用气动喷雾，气雾等喷嘴，改进燃料雾化质量;浮壁式火焰筒设计;使用高燃料空气比燃烧技术;介绍了对流加气膜复合冷却、多孔层板冷却技术。

2.1.3涡轮系统

非定常全三维有粘气动设计方法，增加涡轮机气动载荷;涡轮机叶片采用单晶材料;高低汽轮机采用反向设计，降低飞机机动飞行的陀螺力矩;使用多通道强制对流加气膜冷却，铸冷加拉米洛冷却、超冷、内增强冷却等工艺，用电子束物理气相沉积热障涂层，改善汽轮机冷却效率。

2.2第五代发动机性能特点

2.2.1耗油率大幅降低

具有较优的第五代发动机，较大进气量，可以达到较低的燃料消耗，改进引擎的经济性，从而提高飞机的寿命，等待时间;它的动力效率比最新的F135发动机提高了25%。

2.2.2推力性能提高

三外涵变循环发动机推力超过200 kN，军事推力，加推力比F135发动机分别提高了5%和10%;可以进一步提高飞机的飞行速度和高速冲刺能力，让第五代战斗机在没有加力的情况下保持超音速巡航飞行，减少飞机起飞和降落的距离，提升先进技术运用。

2.2.3为提高发动机的整体性能，第五代发动机将采用大量先进技术，

例如：换热器冷却技术，降低发动机高负荷部分的应力和温度;使用气动矢量喷管，改善飞机的隐蔽性;采用变循环技术改善发动机非设计点性能;运用适应性技术，增强变循环发动机可调几何部件之间的联系，缩小调整变数进行适应性调整来调整。

3.未来军用发动机趋势

3.1高超声速飞行器动力

高超音速飞行器具有极其重要的战略地位：反应迅速，遭到袭击的目标反应迟钝，不能转移战略目标;难以拦截，飞得比飞得快，导弹的速度，超声速的突防能力优于现有的各种隐身技术，而且相对于战略导弹，机动灵活，没有固定弹道;高超音速将超越太空极限，不用依靠海外基地，具有“发现即消灭”的能力，同时具有威慑力和实用性，它是一种“常规战略武器”。低价推出的需求：自卫星发射成功以来，过高的发射成本严重制约了空间资源的开发和利用。目前每发射1 k g费载入地球低轨道，这要花22000美元。减少发射成本是我们一直追求的目标。高速超声波飞行的关键是动力，所以各国都大力研究。由于各种类型的引擎工作不同，这两个飞机都有自己的最佳航程。各种发动机的比冲随飞行 M数的变化，以比冲表示推力与单位时间消耗推进剂的比率，体现发射药使用效果。

3.2 为解决高超声速飞行器动力问题

英国航空发动机公司（REL）另一种新的技术途径——强力预冷发动机。如今的航空燃气轮机为何被用作军机的动力，不要超过2-3的飞行马赫数这些都受到发动机自身工作能力的限制，还有材料的限制。随 M数增加，持续升高的发动机进气滞止温度T1，气温愈高，压缩愈困难，压缩机运转困难，进口温度升高后，压缩机出口温度T2也相应升高，燃烧室内的热量与（T3-T2）成比例，受到涡轮叶片材料的限制，（T3-T2）趋于0，加熱量减少，一直到加不进去，引擎一点也不行！而 M=5时，其流动温度达到1315 K，引擎材料也会遇到很严重的问题，热端难以冷却，由于冷气本身温度的大幅度提高，冷端零件同样面临高温问题，在高温环境下的轴承、润滑系统等，对引擎的正常运行有影响。强力预冷是解决上述问题最直接有效的方法：飞快飞入引擎的空气在气流中流动的瞬间（0.01～0.05秒）降低800～1000 K;将M5的流动温度从1315 K提高，一秒钟降至300～500 K，目前，涡轮发动机完全运转的进气温度已经达到，而物料及冷却问题也大大减轻。实施强预冷的有效措施有两条，也就是超临界状态下的介质换热和微尺度换热装置。物质临界状态定义为：气和液相并存的平衡状态。如果压力、温度超过临界状态，就叫做超临界状态。液体处于超临界状态有其独特的特征：粘滞系数和扩散系数接近气体状态，从而减少了流量损失;

它的热传导系数和密度等接近液体，因此热交换能力强。以超临界态流体作为换热介质，可以得到流动损失小、热交换效果好，换热效果好。微尺度热交换装置：如热交换的基本单元是一个直径小于1 mm、壁厚小于0.05 m的毛细管，并有超大的长径比。由于单位质量介质换热面积与毛细管半径成反比，通过减小半径来增加传热面积。因此，在超临界状态下换热，将微尺度薄壁构件作为基本传热单元，可以实现强预冷。

3.3新材料

新型材料是航空动力技术发展的重要基础，这是提高军用航空发动机推重比的主要突破。主体为树脂基复合材料，加强纤维钛基材料，耐热合金材料，用新材料，确保其耐高温性能，在高强度前提下，降低引擎质量。

3.4控制系统

采用集成、分布式、光纤、新一代军用航空发动机，元智能数字电控技术与智能，也会增加控制的可靠性，减少燃油消耗，降低品质。全智能集散控制系统采用数据总线，有质量轻的，良好的控制力，可以在在强烈的电磁辐射和强烈的振动环境下稳定可靠地工作。

3.5试验测量技术

试验于测量技术对航空发动机的发展有重要用处。低速度大尺寸试验模拟技术对重要压气机和涡轮技术十分重要。常见的有高频压力传感器、PIV等。

结束语：

以航空发动机为核心，研究开发多转子、新型耐高温钛合金材料，它的性能越来越好，日益可靠，将来的现代化战争或局部海战，飞机上安装了先进的飞机发动机，对于防空反导，抵抗外来敌人的入侵，是十分重要的。

参考文献：

[1] 闫月亮， 董照飞. 航空发动机控制发展趋势及新技术浅析[J]. 国际航空， 2006（7）：78-80.

[2] 刘勤， 周人治， 王占学. 军用航空发动机特征分析[J]. 燃气涡轮试验与研究， 2014（02）：59-62.