航空界有句名言，只要發(fā)動(dòng)機(jī)好，磚頭都能飛起來。飛機(jī)之所以能夠飛行，毋庸置疑全靠發(fā)動(dòng)機(jī)，我國(guó)目前在航空工業(yè)上與美國(guó)最大的差距也在發(fā)動(dòng)機(jī)，渦扇-10發(fā)動(dòng)機(jī)只相當(dāng)于美國(guó)1985年產(chǎn)的F110發(fā)動(dòng)機(jī)。而在我們正在追趕的同時(shí)，美軍已經(jīng)將下一代發(fā)動(dòng)機(jī)付諸實(shí)踐，2012年完成了測(cè)試，這種發(fā)動(dòng)機(jī)就是自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（AVET）。
為什么要變循環(huán)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)基本原理都是將燃油的能量轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，而后在推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)的過程中使飛機(jī)和空氣互相作用產(chǎn)生向上的升力將飛機(jī)拉起。從發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)至今，共有螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)四種形態(tài)，這四種發(fā)動(dòng)機(jī)各有特點(diǎn)，其中渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)依靠螺旋槳風(fēng)扇的推力做功推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)，其飛行效率高，最省油，航程大，但推力卻較小。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)依靠向噴管外噴射氣流做功，可以達(dá)到很大的推力，但卻非常耗油。
渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造圖。
渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)則是將二者結(jié)合起來，設(shè)置內(nèi)外兩個(gè)涵道，使得一部分推力來自于渦扇，一部分推力來自于噴口，這樣就取得一個(gè)適中的性能，成就了其在音速邊界范圍內(nèi)的機(jī)動(dòng)性。但總的來說，為了應(yīng)付空戰(zhàn)需求，發(fā)動(dòng)機(jī)需要推力更大些以完成高機(jī)動(dòng)動(dòng)作，為了進(jìn)行更遠(yuǎn)程的打擊，就需要發(fā)動(dòng)機(jī)更省油，這兩個(gè)矛盾的要求一直困擾著科學(xué)家。
從飛機(jī)的發(fā)展來看，因?yàn)楝F(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)的機(jī)載設(shè)備量急劇攀升，因此重量較以前大大增加，但發(fā)動(dòng)機(jī)卻只能在推力和航程中取折中，這就導(dǎo)致了現(xiàn)代飛機(jī)作戰(zhàn)航程甚至比不上二戰(zhàn)很多主戰(zhàn)飛機(jī)。為了彌補(bǔ)這個(gè)差距，就需要進(jìn)行變循環(huán)設(shè)計(jì)，讓飛機(jī)在能夠不同時(shí)刻工作在不同的狀態(tài)。
怎樣變循環(huán)
飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)提升的核心在于——如何提高燃油使用效率。噴氣式飛機(jī)原理是將空氣吸入發(fā)動(dòng)機(jī)后和燃油混合加熱，而后高溫高壓氣體向后噴出，按照牛頓第三定律，飛機(jī)就可以獲得一個(gè)反推力。但這個(gè)高溫高壓氣體本身就擁有很大的能量，也就是說，這些能量被白白浪費(fèi)掉了，但有時(shí)候?yàn)榱藱C(jī)動(dòng)性則不得不這樣做，以往的飛機(jī)，往往是渦噴就只能是渦噴模式工作，是渦扇就只能渦扇模式工作。而在飛機(jī)航行的整個(gè)過程中，往往有很多路程是不需要使用這種高油耗率的工作方式的。而在靠近戰(zhàn)場(chǎng)時(shí)，為了接敵，則需要高速機(jī)動(dòng)，為了機(jī)動(dòng)空戰(zhàn)則需要跨音速飛行模式。于是變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)就是把這三種模式結(jié)合起來，合理規(guī)劃，達(dá)到了最佳的使用效果。
自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)原理圖。
發(fā)動(dòng)機(jī)一般從前往后結(jié)構(gòu)以此為進(jìn)氣道——壓氣機(jī)——燃燒室——渦輪——噴口。對(duì)應(yīng)的過程是空氣吸入——空氣壓縮增壓——空氣混合燃燒——帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)——尾部噴出做功。變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)則采用渦輪風(fēng)扇體制，將氣流分在三個(gè)涵道，但這三個(gè)涵道可以變換大小口徑，通過組合搭配成就最佳的工作模式，在需要經(jīng)濟(jì)巡航時(shí)，2個(gè)調(diào)節(jié)板向下調(diào)節(jié)，擋住通過燃燒室的氣流，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在螺旋槳模式，當(dāng)需要進(jìn)行跨音速機(jī)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)板1向下，而向上，組成一個(gè)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)要進(jìn)行超音速巡航時(shí)，調(diào)節(jié)板1、2均向上偏，使其成為一臺(tái)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。假如發(fā)動(dòng)機(jī)使用了任務(wù)規(guī)劃體制，還可以根據(jù)不同的任務(wù)使用電腦規(guī)劃發(fā)動(dòng)機(jī)的作用方式達(dá)到最佳作戰(zhàn)效能。
這個(gè)措施看起來簡(jiǎn)單，但在工程上實(shí)現(xiàn)起來是十分難的，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高溫高壓和極高轉(zhuǎn)速的情況下，最好不要有任何的結(jié)構(gòu)變換，否則會(huì)帶來發(fā)動(dòng)機(jī)部件的損傷導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)安全問題，擋板的偏移也會(huì)帶來氣流的瞬時(shí)畸變，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定甚至停車。根據(jù)研制該技術(shù)的GE公司官網(wǎng)宣傳資料，使用這一技術(shù)后，在同等燃油的情況下飛機(jī)的滯空時(shí)間可以提高50%，航程增加33%，減少25%的燃油消耗率，達(dá)到60%的燃油熱吸收率。
該發(fā)動(dòng)機(jī)將首先在F-35飛機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，以往攜帶兩枚1000磅JDAM的F-35C作戰(zhàn)半徑可達(dá)1440千米，而使用變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)后，其作戰(zhàn)半徑可以達(dá)到2160千米，也就說從日本中部起飛就可以到達(dá)中國(guó)首都區(qū)域且作戰(zhàn)持續(xù)時(shí)間的大為增加，這對(duì)中國(guó)的威脅不言而喻。
中國(guó)如果不加緊研制新型發(fā)動(dòng)機(jī)，那么落后對(duì)手就要超過40年了。
發(fā)表于 2015-12-17 16:35:08
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