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与美国站在同一起跑线:中国变循环发动机项目

与美国站在同一起跑线:中国变循环发动机项目

资料图:美国准备进行测试的下一代军用航空发动机核心机Advent项目的其中一种方案的模型

与美国站在同一起跑线:中国变循环发动机项目

资料图:参加90年代初ATF(也就是导致后来的F-22诞生的计划)选型的YF120发动机,是世界上第一种实用化的涡喷/涡扇变循环发动机,但是技术超前性较大,没有被美军选中。

与美国站在同一起跑线:中国变循环发动机项目

资料图:由下马的YF120的核心机发展而来的F136发动机,属于常规循环涡扇发动机。为F-35提供备选动力,但是F-35目前进展不顺,F136下马的命运也基本成定局。

与美国站在同一起跑线:中国变循环发动机项目

资料图:SR-71的“心脏”,J58发动机地面试车。J58是一种能在涡喷和冲压状态间变循环的实用化航空发动机,但是现在我们所说的变循环发动机一般是指可在涡喷和涡扇之间切换,与当年标准不是一回事儿。

腾讯军事讯 2012年度珠海航展上,中航发动机副总裁张健接受了采访,对中国发动机发展现状与未来、等领域做了介绍。他介绍说,美国这个国家虽然是资本主义国家,但是在发动机这种大项目上实际上是由国家主导进行研发的,美国为了确保在全球的领先地位,投入了大量资金进行先进发动机的研制。张总称,可以向外界透露,中国已经在研究国产变循环发动机,有着相应的计划来研究未来先进发动机。中国发动机研制是生产一代、研制一代、预研一代、探索一代。他还透露,中国发动机研制的技术目标时间表已经排到了2030年。这是中国航空工业第一次正面证实中国已经开始变循环航空发动机的预研工作,意味着在航空动力的前沿领域,中国与航空技术最先进的美国已经基本处于同样的起跑线上。

变循环发动机

由飞机/发动机设计原理可知:对于持续高马赫数飞行任务,需要高单位推力的涡喷循环;反之,如果任务强调低马赫数和长航程,就需要低耗油率的涡扇循环。当任务兼有超声速飞行和亚声速飞行或存在多设计点时,问题就变得复杂了,为任务的某一部分设计的循环在飞行包线其他地方的性能就差。在燃油消耗几乎均分在超声速和亚声速飞行的混合任务中或在多工作点是必须的情况下,变循环发动机就显示出巨大的潜力。变循环发动机是通过改变发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置来改变其热力循环的燃气涡轮发动机。利用变循环改变发动机循环参数,如增压比、涡轮前温度、空气流量和涵道比,可以使发动机在各种工作状态下都具有良好的性能。在涡喷/涡扇发动机方面,研究的重点是改变涵道比,如发动机在爬升、加速和超声速飞行时涵道比减小,接近涡喷发动机的性能,以增大推力;在起飞和亚声速飞行时,加大涵道比,以涡扇发动机状态工作降低耗油率和噪声。在涡轴发动机方面,重点研究可调面积涡轮,以改变发动机空气流量,降低部分功率下的耗油率。

美国于上世纪70年代开始加大力度研究军用变循环发动机。GE公司研制了从YJ101第一代变循环验证机到GE21、GE33即后来的YF120,以及可控压比发动机等一系列变循环预研验证机。尤其是YF120还参加了美国第四代动力的选型,是世界上第一种经飞行验证的战斗机用变循环发动机。YF120在F-22项目中竞争失败后,在其核心机基础上衍生了常规循环涡扇发动机F136。

变循环发动机对于中国的意义

从航空工业发展的角度来说,我国证实已经进行变循环发动机研究的意义在于,一方面意味着中国航空动力研制的科研管理和规划更加科学和合理,符合航空工业产品研制的客观规律,更加重视基础科研和预先研究,而不是等到有具体的型号需求才开始进行科研工作,导致研制周期长、风险大、成本高;另外一方面,意味着中国航空动力的研制步伐已经逐渐追赶上美国等西方航空强国,在常规循环发动机研制硕果累累的情况下积极开展新循环方式的发动机基础研究,对于保持中国航空动力工业的可持续发展和追赶世界最先进水平具有相当重大的价值。从中国空军未来型号发展对于航空发动机的需求来说,类似YF120的变循环涡扇发动机能够提供更大的高空、高速推力,可以有效提升作战飞机的超巡、拦射能力,同时能够提供更经济的中低空、亚音速耗油率,对于提升作战飞机经济性有明显帮助。从未来民航客机的发展来看,未来的洲际超音速客机同样需要变循环发动机来提供持续超音速飞行能力,亚音速客机更是对于单位油耗相当敏感,因为这关系到民航公司的运营成本。因而,我国从事变循环发动机的科研、军事、商业价值非常巨大,可以有效提升我国的综合国力和竞争力。(龙腾日月)

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