航空界有句名言，只要發(fā)動機好，磚頭都能飛起來。飛機之所以能夠飛行，毋庸置疑全靠發(fā)動機，我國目前在航空工業(yè)上與美國最大的差距也在發(fā)動機，渦扇-10發(fā)動機只相當于美國1985年產的F110發(fā)動機。而在我們正在追趕的同時，美軍已經將下一代發(fā)動機付諸實踐，2012年完成了測試，這種發(fā)動機就是自適應變循環(huán)發(fā)動機（AVET）。
為什么要變循環(huán)
航空發(fā)動機基本原理都是將燃油的能量轉化為發(fā)動機的推力，而后在推動飛機前進的過程中使飛機和空氣互相作用產生向上的升力將飛機拉起。從發(fā)動機出現(xiàn)至今，共有螺旋槳發(fā)動機、渦扇發(fā)動機、渦輪發(fā)動機、沖壓發(fā)動機四種形態(tài)，這四種發(fā)動機各有特點，其中渦槳發(fā)動機依靠螺旋槳風扇的推力做功推動飛機前進，其飛行效率高，最省油，航程大，但推力卻較小。渦噴發(fā)動機依靠向噴管外噴射氣流做功，可以達到很大的推力，但卻非常耗油。
渦扇發(fā)動機構造圖。
渦扇發(fā)動機則是將二者結合起來，設置內外兩個涵道，使得一部分推力來自于渦扇，一部分推力來自于噴口，這樣就取得一個適中的性能，成就了其在音速邊界范圍內的機動性。但總的來說，為了應付空戰(zhàn)需求，發(fā)動機需要推力更大些以完成高機動動作，為了進行更遠程的打擊，就需要發(fā)動機更省油，這兩個矛盾的要求一直困擾著科學家。
從飛機的發(fā)展來看，因為現(xiàn)代戰(zhàn)機的機載設備量急劇攀升，因此重量較以前大大增加，但發(fā)動機卻只能在推力和航程中取折中，這就導致了現(xiàn)代飛機作戰(zhàn)航程甚至比不上二戰(zhàn)很多主戰(zhàn)飛機。為了彌補這個差距，就需要進行變循環(huán)設計，讓飛機在能夠不同時刻工作在不同的狀態(tài)。
怎樣變循環(huán)
飛機發(fā)動機技術提升的核心在于——如何提高燃油使用效率。噴氣式飛機原理是將空氣吸入發(fā)動機后和燃油混合加熱，而后高溫高壓氣體向后噴出，按照牛頓第三定律，飛機就可以獲得一個反推力。但這個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掉了，但有時候為了機動性則不得不這樣做，以往的飛機，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。而在飛機航行的整個過程中，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)場時，為了接敵，則需要高速機動，為了機動空戰(zhàn)則需要跨音速飛行模式。于是變循環(huán)發(fā)動機就是把這三種模式結合起來，合理規(guī)劃，達到了最佳的使用效果。
自適應變循環(huán)發(fā)動機原理圖。
發(fā)動機一般從前往后結構以此為進氣道——壓氣機——燃燒室——渦輪——噴口。對應的過程是空氣吸入——空氣壓縮增壓——空氣混合燃燒——帶動渦輪旋轉——尾部噴出做功。變循環(huán)發(fā)動機則采用渦輪風扇體制，將氣流分在三個涵道，但這三個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，在需要經濟巡航時，2個調節(jié)板向下調節(jié)，擋住通過燃燒室的氣流，使發(fā)動機工作在螺旋槳模式，當需要進行跨音速機動時，調節(jié)板1向下，而向上，組成一個渦扇發(fā)動機。當要進行超音速巡航時，調節(jié)板1、2均向上偏，使其成為一臺渦噴發(fā)動機。假如發(fā)動機使用了任務規(guī)劃體制，還可以根據(jù)不同的任務使用電腦規(guī)劃發(fā)動機的作用方式達到最佳作戰(zhàn)效能。
這個措施看起來簡單，但在工程上實現(xiàn)起來是十分難的，發(fā)動機工作在高溫高壓和極高轉速的情況下，最好不要有任何的結構變換，否則會帶來發(fā)動機部件的損傷導致發(fā)動機出現(xiàn)安全問題，擋板的偏移也會帶來氣流的瞬時畸變，導致發(fā)動機工作不穩(wěn)定甚至停車。根據(jù)研制該技術的GE公司官網宣傳資料，使用這一技術后，在同等燃油的情況下飛機的滯空時間可以提高50%，航程增加33%，減少25%的燃油消耗率，達到60%的燃油熱吸收率。
該發(fā)動機將首先在F-35飛機上進行測試，以往攜帶兩枚1000磅JDAM的F-35C作戰(zhàn)半徑可達1440千米，而使用變循環(huán)發(fā)動機后，其作戰(zhàn)半徑可以達到2160千米，也就說從日本中部起飛就可以到達中國首都區(qū)域且作戰(zhàn)持續(xù)時間的大為增加，這對中國的威脅不言而喻。
中國如果不加緊研制新型發(fā)動機，那么落后對手就要超過40年了。
發(fā)表于 2015-12-17 16:35:08
QQ好友和群
QQ空間
