航空發(fā)動(dòng)機(jī)（高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械）
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高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械
航空發(fā)動(dòng)機(jī)（aero-engine）是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，作為飛機(jī)的心臟，不僅是飛機(jī)飛行的動(dòng)力，也是促進(jìn)航空事業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力，人類(lèi)航空史上的每一次重要變革都與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步密不可分。
經(jīng)過(guò)百余年的發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為可靠性極高的成熟產(chǎn)品，正在使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)包括渦輪噴氣/渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸/渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)等多種類(lèi)型，不僅作為各種用途的軍民用飛機(jī)、無(wú)人機(jī)和巡航導(dǎo)彈動(dòng)力，而且利用航空發(fā)動(dòng)機(jī)派生發(fā)展的燃?xì)廨啓C(jī)還廣泛用于地面發(fā)電、船用動(dòng)力、移動(dòng)電站、天然氣和石油管線泵站等領(lǐng)域。
進(jìn)入21世紀(jì)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)正在進(jìn)一步加速發(fā)展，將為人類(lèi)航空領(lǐng)域帶來(lái)新的更大變革。目前，傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)正在向齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、多電發(fā)動(dòng)機(jī)、間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)和開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展，非傳統(tǒng)的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪基組合發(fā)動(dòng)機(jī)，以及太陽(yáng)能動(dòng)力和燃料電池動(dòng)力等也在不斷成熟，這些發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展將使未來(lái)的航空器更快、更高、更遠(yuǎn)、更經(jīng)濟(jì)、更可靠，并能夠滿足更加嚴(yán)格的環(huán)保要求，并將是高超聲速航空器、跨大氣層飛行器和可重復(fù)使用的天地往返運(yùn)輸成為現(xiàn)實(shí)。
基本信息
| 中文名 | 航空發(fā)動(dòng)機(jī) |
| 外文名 | aero-engine |
| 功能 | 影響飛機(jī)的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性 |
| 美譽(yù) | 工業(yè)之花 |
| 獨(dú)立研發(fā) | 美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)等 |
發(fā)展歷程
活塞發(fā)動(dòng)機(jī)
對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，最先使用的就是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作原理是指活塞承載燃?xì)鈮毫?，在氣缸中進(jìn)行反復(fù)運(yùn)動(dòng)，并依據(jù)連桿將這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)。在20世紀(jì)初期，萊特兄弟將一臺(tái)4缸、水平直列式水冷發(fā)動(dòng)機(jī)改裝后，成功用到了“飛行者一號(hào)”飛機(jī)上，完成了飛行試驗(yàn)。這也是人類(lèi)歷史上第一次具有動(dòng)力、可以載人、平穩(wěn)運(yùn)行、可操作的飛行器成功飛行。而后，在第二次世界大戰(zhàn)中，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)得到了技術(shù)革新，優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和運(yùn)行效率，從以往不到10kW提升到了2500kW左右，耗油量從0.5kg/（kW·h）減少到0.25kg/（kW·h）左右。與此同時(shí)，整改之后的運(yùn)行時(shí)間從傳統(tǒng)意義上的十幾個(gè)小時(shí)增加到了2000-3000個(gè)小時(shí)。一直到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)已經(jīng)非常嫻熟。
活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門(mén)機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。氣缸是混合氣（汽油和空氣）進(jìn)行燃燒的地方。氣缸內(nèi)容納活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸頭上裝有點(diǎn)燃混合氣的電火花塞（俗稱(chēng)電嘴），以及進(jìn)、排氣門(mén)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱片，用以擴(kuò)大散熱面積。氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體（機(jī)匣）上的排列形式多為星形或V形。常見(jiàn)的星形發(fā)動(dòng)機(jī)有5個(gè)、7個(gè)、9個(gè)、14個(gè)、18個(gè)或24個(gè)氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數(shù)目越多發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大?；钊惺苋?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿用來(lái)連接活塞和曲軸。曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的部件。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)減速器帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生拉力。除此而外，曲軸還要帶動(dòng)一些附件（如各種油泵、發(fā)電機(jī)等）。氣門(mén)機(jī)構(gòu)用來(lái)控制進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)定時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉。
在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，由于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明而開(kāi)創(chuàng)了噴氣時(shí)代，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)逐步退出主要航空領(lǐng)域，但功率小于370kW的水平對(duì)缸活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)仍廣泛應(yīng)用在輕型低速飛機(jī)和直升機(jī)上，如行政機(jī)、農(nóng)林機(jī)、勘探機(jī)、體育運(yùn)動(dòng)機(jī)、私人飛機(jī)和各種無(wú)人機(jī)，旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在無(wú)人機(jī)上嶄露頭角，而且美國(guó)NASA還正在發(fā)展用航空煤油的新型二沖程柴油機(jī)供下一代小型通用飛機(jī)使用。
渦噴渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)
20世紀(jì)30年代后期到20世紀(jì)40年代初，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在英國(guó)和德國(guó)的誕生，開(kāi)創(chuàng)了噴氣推進(jìn)新時(shí)代和航空事業(yè)的新紀(jì)元。
現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，戰(zhàn)斗機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)仍屬于熱機(jī)的一種，就必須遵循熱機(jī)的做功原則：在高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。因此，從產(chǎn)生輸出能量的原理上講，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的，都需要有進(jìn)氣、加壓、燃燒和排氣這四個(gè)階段，不同的是，在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中這4個(gè)階段是分時(shí)依次進(jìn)行的，但在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的，氣體依次流經(jīng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分，就對(duì)應(yīng)著活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)工作位置。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)
空氣首先進(jìn)入的是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道，當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動(dòng)機(jī)，由于飛機(jī)飛行的速度是變化的，而壓氣機(jī)適應(yīng)的來(lái)流速度是有一定的范圍的，因而進(jìn)氣道的功能就是通過(guò)可調(diào)管道，將來(lái)流調(diào)整為合適的速度。在超音速飛行時(shí)，在進(jìn)氣道前和進(jìn)氣道內(nèi)氣流速度減至亞音速，此時(shí)氣流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍，大大超過(guò)壓氣機(jī)中的壓力提高倍數(shù)，因而產(chǎn)生了單靠速度沖壓，不需壓氣機(jī)的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)氣道后的壓氣機(jī)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)提高氣流的壓力的，空氣流過(guò)壓氣機(jī)時(shí)，壓氣機(jī)工作葉片對(duì)氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。在亞音速時(shí)，壓氣機(jī)是氣流增壓的主要部件。從燃燒室流出的高溫高壓燃?xì)猓鬟^(guò)同壓氣機(jī)裝在同一條軸上的渦輪。燃?xì)獾牟糠謨?nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣流在渦輪中膨脹所做的功正好等于壓氣機(jī)壓縮空氣所消耗的功以及傳動(dòng)附件克服摩擦所需的功。經(jīng)過(guò)燃燒后，渦輪前的燃?xì)饽芰看蟠笤黾?，因而在渦輪中的膨脹比遠(yuǎn)小于壓氣機(jī)中的壓縮比，渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機(jī)進(jìn)口高很多，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就是這一部分燃?xì)獾哪芰慷鴣?lái)的。從渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)?，在尾噴管中繼續(xù)膨脹，以高速沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向從噴口向后排出。這一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的速度大得多，使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了反作用的推力。
隨著噴氣技術(shù)的發(fā)展，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)也越來(lái)越突出，那就是在低速下耗油量大，效率較低，使飛機(jī)的航程變得很短。盡管這對(duì)于執(zhí)行防空任務(wù)的高速戰(zhàn)斗機(jī)還并不十分嚴(yán)重，但若用在對(duì)經(jīng)濟(jì)性有嚴(yán)格要求的亞音速民用運(yùn)輸機(jī)上卻是不可接受的。為了提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和推進(jìn)效率，出現(xiàn)了渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的的基礎(chǔ)上增加了幾級(jí)渦輪，并由這些渦輪帶動(dòng)一排或幾排風(fēng)扇，風(fēng)扇后的氣流分為兩部分，一部分進(jìn)入壓氣機(jī)（內(nèi)涵道），另一部分則不經(jīng)過(guò)燃燒，直接排到空氣中（外涵道）。由于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)一部分的燃?xì)饽芰勘挥脕?lái)帶動(dòng)前端的風(fēng)扇，因此降低了排氣速度，提高了推進(jìn)效率，而且，如果為提高熱效率而提高渦輪前溫度后，可以通過(guò)調(diào)整渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)和增大風(fēng)扇直徑，使更多的燃?xì)饽芰拷?jīng)風(fēng)扇傳遞到外涵道，就不會(huì)增加排氣速度。這樣，對(duì)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)講，熱效率和推進(jìn)效率不再矛盾，只要結(jié)構(gòu)和材料允許，提高渦輪前溫度總是有利的。目前航空用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)主要分兩類(lèi)，即不加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。前者主要用于高亞音速運(yùn)輸機(jī)，后者主要用于殲擊機(jī)，由于用途不同，這兩類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)也大不相同。
渦槳渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)
渦槳/渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)誕生、成熟后，將活塞發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪化而研制發(fā)展的新型動(dòng)力。我將發(fā)動(dòng)機(jī)代替活塞螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)用于固定翼飛機(jī)，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)代替活塞軸發(fā)動(dòng)機(jī)用于旋翼直升機(jī)。渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)基本是一樣的，只是中間減速傳動(dòng)系統(tǒng)和推進(jìn)器不同，所以二者有較大的通用性，容易互相改型派生。
渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，由螺旋槳和燃?xì)獍l(fā)生器組成，螺旋槳由渦輪帶動(dòng)。由于螺旋槳的直徑較大，轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)比渦輪低，只有大約1000轉(zhuǎn)/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內(nèi)，需要在它們之間安裝一個(gè)減速器，將渦輪轉(zhuǎn)速降至十分之一左右后，才可驅(qū)動(dòng)螺旋槳。這種減速器的負(fù)荷重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，它的重量一般相當(dāng)于壓氣機(jī)和渦輪的總重，作為發(fā)動(dòng)機(jī)整體的一個(gè)部件，減速器在設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)中占有相當(dāng)重要的地位。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳后的空氣流就相當(dāng)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發(fā)動(dòng)機(jī)大很多，氣流量也遠(yuǎn)大于內(nèi)涵道，因此這種發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上相當(dāng)于一臺(tái)超大涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。由于涵道比大，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)在低速下效率要高于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但受到螺旋槳效率的影響，它的適用速度不能太高，一般要小于900km/h。目前在中低速飛機(jī)或?qū)Φ退傩阅苡袊?yán)格要求的巡邏、反潛或滅火等類(lèi)型飛機(jī)中的到廣泛應(yīng)用。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)
渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)于1951年12月開(kāi)始裝在直升機(jī)上，作第一次飛行。那時(shí)它屬于渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)，并沒(méi)有自成體系。以后隨著直升機(jī)在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)上使用越來(lái)越普遍，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)才獲得獨(dú)立的地位。在工作和構(gòu)造上，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)同渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)根相近。它們都是由渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的原理演變而來(lái)，只不過(guò)后者將風(fēng)扇變成了螺旋槳，而前者將風(fēng)扇變成了直升機(jī)的旋翼。除此之外，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有自己的特點(diǎn)：它一般裝有自由渦輪(即不帶動(dòng)壓氣機(jī)，專(zhuān)為輸出功率用的渦輪)，而且主要用在直升機(jī)和垂直/短距起落飛機(jī)上。按照渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的理論，從理論上講，旋翼的直徑愈大愈好。同樣的核心發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生同樣的循環(huán)功率，所配合的旋翼直徑愈大，則在旋翼上所產(chǎn)生的升力愈大。事實(shí)上，由于在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中有損失，旋翼也不可能制成無(wú)限大。所以，旋翼的直徑是有限制的?！阏f(shuō)，通過(guò)旋翼的空氣流量是通過(guò)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的500-1000倍。
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)姵觯史Q(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)
間冷回?zé)嵫h(huán)概念最早于20世紀(jì)五十年代提出，隨后各國(guó)開(kāi)始進(jìn)行大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究。間冷回?zé)釡u扇發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新型節(jié)能環(huán)保航空發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)在傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)熱循環(huán)基礎(chǔ)上增加間冷和回?zé)徇^(guò)程，可使得發(fā)動(dòng)機(jī)擁有更低的耗油率。回?zé)崞?/a>是間冷回?zé)釡u扇發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)主要特征部件，工作在超過(guò)900K的高溫核心流中，其性能將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，其設(shè)計(jì)技術(shù)是間冷回?zé)釡u扇發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵技術(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)。
主要制造商
英國(guó)羅伊斯公司
羅爾斯·羅伊斯是歐洲最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)，最著名的產(chǎn)品是軍用和民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)。它是全球第二大軍用發(fā)動(dòng)機(jī)和第二大民用發(fā)動(dòng)機(jī)制造商。同時(shí)，作為大型豪華公務(wù)飛機(jī)生產(chǎn)商灣流公司的主要發(fā)動(dòng)機(jī)提供商，羅爾斯·羅伊斯占據(jù)著全球1300架灣流公務(wù)機(jī)中的大部分發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)。遄達(dá)是羅爾斯·羅伊斯公司迄今發(fā)展的推力最大、性能最好的大涵道比民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。波音787、空客A380、空客A330等均使用遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)。羅爾斯·羅伊斯大有超越通用電氣(GE)航空的趨勢(shì)。
美國(guó)惠特尼公司
普拉特·惠特尼公司是全球航空航天和建筑業(yè)高科技產(chǎn)品和服務(wù)供應(yīng)商——美國(guó)聯(lián)合技術(shù)公司的一個(gè)分公司，是知名的軍用發(fā)動(dòng)機(jī)、直升機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)及民用發(fā)動(dòng)機(jī)制造商，其生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)以軍用為主，在軍用領(lǐng)域一直保持著強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。
普拉特·惠特尼是美國(guó)主力戰(zhàn)機(jī)F-22和F-35的唯一動(dòng)力供應(yīng)商。其中，用于F-22先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的F119發(fā)動(dòng)機(jī)是世界上第一種帶二元推力矢量噴管的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。在民航方面，普拉特·惠特尼也毫不遜色。其中，PW4000系列從1984年投入使用，一直延續(xù)到現(xiàn)在，不同衍生型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力不斷增加，也是著名的發(fā)動(dòng)機(jī)“常青樹(shù)”。中國(guó)支線客機(jī)新舟60飛機(jī)使用的就是普拉特·惠特尼公司生產(chǎn)的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。
法國(guó)斯奈克瑪公司
法國(guó)賽峰集團(tuán)下屬的斯奈克瑪公司主要從事航空動(dòng)力和航天推進(jìn)業(yè)務(wù)，產(chǎn)品包括一系列高效、安全、經(jīng)濟(jì)和低排放的民用發(fā)動(dòng)機(jī)。上世紀(jì)70年代，斯奈克瑪公司和美國(guó)通用電氣公司聯(lián)合組建了CFM國(guó)際公司。CFM國(guó)際公司制造的發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)造了累計(jì)超過(guò)5.8億飛行小時(shí)的世界紀(jì)錄。每天有超過(guò)300萬(wàn)位乘客，乘坐由CFM提供發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)出行。
俄羅斯土星公司
留里卡-土星”科研生產(chǎn)聯(lián)合企業(yè)是俄羅斯最具實(shí)力的航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造企業(yè)。“留里卡-土星”具備卓越的科研和生產(chǎn)制造能力，目前正積極推進(jìn)第五代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)。作為一種機(jī)動(dòng)性突出的重型多用途戰(zhàn)斗機(jī)，蘇-27系列飛機(jī)采用的正是“留里卡-土星”的AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)前，“留里卡-土星”公司還負(fù)責(zé)AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和維護(hù)。由于AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)存在推重比和啟動(dòng)海拔高度偏低的問(wèn)題，“留里卡-土星”公司還把相當(dāng)一部分精力放在該發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)上。
產(chǎn)品展覽
2022年11月6日消息，航空發(fā)動(dòng)機(jī)亮相第五屆進(jìn)博會(huì)。
參考資料
[1]
槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)為什么那么牛？2015-09-28T09:04:00+08:00[引用日期2022-06-14 10:10:15]
[2]
大比拼:世界航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商哪家強(qiáng)_新華每日電訊2016-09-02T09:48:07+08:00[引用日期2022-06-14 10:12:06]
[3]
槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)為什么那么牛？2015-09-28T09:04:00+08:00[引用日期2022-06-14 10:52:29]
[4]
黃皮白心？大天蝎的C919絕對(duì)是咱“國(guó)產(chǎn)小驕傲”！2017-05-06T14:22:24+08:00[引用日期2022-06-14 10:55:15]
[5]
軍用飛機(jī)穩(wěn)定工作的保障：進(jìn)氣道選擇有哪些要求？2016-10-04T09:20:00+08:00[引用日期2022-06-15 18:55:22]
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
作者
