新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)
非傳統(tǒng)新型航空動(dòng)力是指?jìng)鹘y(tǒng)的渦噴、渦扇、渦軸、渦槳、活塞、沖壓、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以外的新型先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。非傳統(tǒng)新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)大致包括以下3類(lèi):一是新概念發(fā)動(dòng)機(jī)。在結(jié)構(gòu)、原理或循環(huán)特性上與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)具有很大的區(qū)別與創(chuàng)新,如脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、波轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)、分布式矢量推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)等。二是重大革新型發(fā)動(dòng)機(jī)。在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)原理、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了重大革新。如多電發(fā)動(dòng)機(jī)、自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、智能發(fā)動(dòng)機(jī)、間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)、槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)、超微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、骨架結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)和各種組合發(fā)動(dòng)機(jī)等。三是新能源發(fā)動(dòng)機(jī)。面對(duì)石油資源的枯竭和綠色環(huán)保的要求,開(kāi)發(fā)使用航空煤油以外的新燃料和新能源。如氫燃料/合成燃料/生物燃料/天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī),太陽(yáng)能、核能、燃料電池、激光和微波能發(fā)動(dòng)機(jī)等。 1.超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是指燃料在超聲速氣流中進(jìn)行燃燒的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是高超聲速飛行器推進(jìn)技術(shù),乃至整個(gè)高超聲速飛行器技術(shù)的核心技術(shù)。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的適用速度范圍為馬赫數(shù)5-16,主要用于高超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速飛機(jī)和可重復(fù)使用的航天運(yùn)載器。航空發(fā)動(dòng)機(jī)
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣道、超聲速燃燒室(有的方案還包含一個(gè)亞聲速燃燒的預(yù)燃室)和噴管組成。燃料分級(jí)噴入進(jìn)氣道和燃燒室,與超聲速氣流混合進(jìn)行燃燒,高溫燃?xì)鈴膰姽車(chē)姵霎a(chǎn)生推力。由于超聲速燃燒中燃料在燃燒室內(nèi)停留時(shí)間極短,要保證完全燃燒,需要熱值高、熱穩(wěn)定性好、能自燃點(diǎn)火和點(diǎn)火延遲期短的高反應(yīng)速率的燃料(如液氫或特殊的碳?xì)淙剂系龋?/span> 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主要有兩種類(lèi)型:一種是直接將燃料噴射到超聲速氣流中,通過(guò)控制燃料噴射的位置,可使燃燒由亞聲速燃燒模態(tài)過(guò)渡到超聲速燃燒模態(tài),故稱(chēng)雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。另一種是從進(jìn)氣道先將一部分氣流引入亞聲速燃燒室預(yù)燃,然后與大部分超聲速氣流混合補(bǔ)燃,再?gòu)奈矅姽車(chē)姵?,故稱(chēng)雙燃燒室超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
2.渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)
渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)是將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合起來(lái)使用的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的組合方式,可以分為分體式和整體式組合發(fā)動(dòng)機(jī),其中整體式組合發(fā)動(dòng)機(jī)又根據(jù)渦輪和沖壓兩類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件的關(guān)系和流程分為串聯(lián)布局和并聯(lián)布局。在渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)中,沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)按其工作模態(tài)分為亞燃、超燃和雙燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。 在沖壓工作模態(tài),渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室停止工作,加力燃燒室作為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。由于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在中低馬赫數(shù)的比沖高、耗油率低,適用于中低速、長(zhǎng)航程飛行器,而沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)適用于高速、短航程飛行器,將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)與沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)有機(jī)結(jié)合起來(lái),使其同時(shí)具有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn),在滿(mǎn)足遠(yuǎn)程、高速、快速到達(dá)/攻擊方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),可用于高空高速的偵察機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)和攻擊機(jī)以及高速遠(yuǎn)程巡航導(dǎo)彈等。
采用渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)的高速飛行器,在起飛階段使用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī),爬升到一定高度后加速到?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作狀態(tài),沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)投入工作后逐漸關(guān)掉渦輪發(fā)動(dòng)機(jī),利用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)爬升、加速至高馬赫數(shù);返回時(shí)關(guān)掉沖壓發(fā)動(dòng)機(jī),重新啟動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī),使飛行器安全返航。因而高空高速飛行器具有水平起飛和降落的功能,同時(shí)具有航程遠(yuǎn)、多次反復(fù)使用的特點(diǎn)。
3.脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)
脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(pulse Detonation Engine,PDE)是一種利用脈沖式爆震波產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)。這種類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,少有或無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,熱循環(huán)效率比常規(guī)活塞、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)更高,推重比高,耗油率低,被認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的航空航天動(dòng)力,因此在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,可用于無(wú)人駕駛飛機(jī)動(dòng)力裝置、靶機(jī)、引誘飛機(jī)、靶彈動(dòng)力裝置、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、戰(zhàn)略飛機(jī)動(dòng)力裝置和高超聲速飛機(jī)動(dòng)力裝置等,是航空航天領(lǐng)域革命性動(dòng)力之一。根據(jù)其用途的不同,可以將吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)大致分為3類(lèi):純脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、混合式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)和組合式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)。 4.間冷回?zé)嵫h(huán)技術(shù)
5.槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)
槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)是一種介于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之間的結(jié)構(gòu),看上去很像螺旋槳,但實(shí)際上與風(fēng)扇和螺旋槳都不同。新型螺旋槳由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的螺旋槳在一起工作,螺旋槳的槳葉較多,每片槳葉形狀較戴彎曲后掠呈馬刀形,但隨著飛行速度的增加,螺旋槳的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步爆高時(shí),就會(huì)遇到很多問(wèn)題,不僅葉尖速度達(dá)到聲速,將對(duì)降低阻力和聲學(xué)特性造成影響,而且效率也會(huì)變低,耗油率還要增加。槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制彌補(bǔ)了渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率的不足。槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳直徑要比渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳直徑小,比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇直徑要大。槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的彎刀形槳葉有助于大大降低葉尖速度、氣動(dòng)阻力和聲擾動(dòng)。槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的槳扇有單排和雙排,槳扇能夠提供90%~92%的推力。雙排對(duì)轉(zhuǎn)槳扇具有高巡航速度時(shí)的高飛行效率的優(yōu)點(diǎn)。與單排槳扇相比,雙排槳扇的效率要高10%。雙排槳扇還能大大減少出口氣流扭轉(zhuǎn),這樣在保證機(jī)翼周?chē)鷼饬髁鲃?dòng)和增加機(jī)翼升力的同時(shí),進(jìn)一步提高效率。 槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)涵道槳扇和涵道槳扇兩種。無(wú)涵道槳扇雖然能夠降低耗油率,但由于其直徑很大,所以無(wú)法安裝在飛機(jī)的翼下吊艙內(nèi)。與無(wú)涵道槳扇相比,涵道槳扇與飛機(jī)機(jī)體之間具有更好的適裝性,因此在較寬的速度范圍內(nèi)涵道槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)更有優(yōu)勢(shì)。涵道槳扇槳葉角度可調(diào),以使飛機(jī)著陸時(shí)在沒(méi)有笨重、復(fù)雜而又昂貴的反推力裝置和不損壞前向推力特性的情況下能夠迅速停下來(lái)。