整机丨图文揭秘军用燃气涡轮发动机制造原理与关键技术，满身都是黑科技

11月前浏览1751

关键技术的突破使军用燃气涡轮发动机在21世纪仍具有巨大的发展潜力。以推重比15-20的发动机核心机及其所突破的关键技术为基础，可以研制出不同推力等级和循环参数的系列化发动机，用于21世纪前半叶各种用途的军用飞机和导弹。专家认为，对于有旋转部件的燃气涡轮发动机而言，由于结构和材料强度的限制，推重比20已是其技术的极限，要进一步提高推重比，就必须发展新的设计概念和技术。

▲推重比15-20的军用涡轮风扇发动机想象图

由此发展的新设计概念之一是变循环发动机，这是一种多设计点发动机，通过改变一些部件的几何形状、尺寸或位置，来调节其热力循环参数（如增压比、涡轮前温度、涵道比），改变发动机循环工作模式（涡喷模式、涡扇模式或冲压模式），使发动机能够满足不同的任务需求或适应更宽的工作范围。比较典型的变循环构型包括选择放气式变循环构型、双压缩系统变循环构型、带核心机驱动风扇（CDFS）的双外涵变循环构型、涡轮/冲压变循环组合构型以及自适应变循环构型等。

▲普惠公司研制的J58涡轮-冲压组合式变循环发动机是到目前唯一一种投入生产的变循环发动机。SR-71“黑鸟”和其J58变循环发动机的成功堪称工程上的奇迹

GE公司发展的F120发动机是迄今为止唯一经过飞行试验的双外涵变循环发动机。尽管F120在美国ATF招标竞争中因成本高、研制风险大而失败，但作为一个开端，它的推出为未来军用飞机和超声速客机动力装置的设计指引了新的方向。

▲F120双外涵变循环发动机不同工作模式的结构示意图

▲F120发动机流路简图

▲F120有两组旁路活门

▲F120变循环发动机

自适应变循环发动机（ACE）是新发展的变循环涡扇发动机概念。其新颖之处在于其第二级风扇采用一个“Flade”（Fan+Blade）级延伸出第3外涵道。Flade是接在风扇外围的一排短的转子叶片，有单独可调静子。其优点在于它能够实现独立地改变进入风扇和核心机的空气流量和压比，实现更大幅度的变循环，使其在固定进气道的情况下，过多的气流不会因无法通过发动机而出现进气道溢流，产生过大溢流阻力，从而改善发动机的安装性能。

▲带Flade风扇的三涵道自适应变循环发动机构型

▲三涵道自适应变循环发动机流路图

超声速短距起飞/垂直着陆战斗机动力装置是另一个新技术。世界上第一种超声速垂直/短距起落战斗机—美国的F-35B联合攻击机（JSF）已经进入试飞阶段，其使用的发动机是普惠公司的F135发动机，F-35战斗机将成为21世纪初美国及其盟国的主力战斗机之一。此外还有多（全）电发动机。这是一种采用大功率整体启动/发动机、主动磁浮轴承系统、分布式控制系统、电动燃油泵和电力作动器等新技术和系统的新型航空发动机。