国产航发赶上世界第一?太行变循环发动机或完成试验

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与人们的想法不同,传统的涡轮和涡扇发动机仅具有相对固定的热循环,并且在有限的飞行范围内具有相对良好的性能目标。例如,涡轮喷气发动机的结构相对简单,并且管道通道相对较小。其优点是大马赫数的油耗率低,单位推力大,超音速性能好,缺点是亚音速油耗大;涡轮风扇发动机管道相对较大,在亚音速飞行过程中气流大,排气速度低。因此,推进效率高,燃料消耗率低,噪音低,亚音速飞行性能好,但超音速飞行期间的燃料消耗大。现代空战的发展要求未来作战飞机在广泛的工作和亚音速和超音速飞行条件下保持良好的作战性能,同时在加速,爬升或超音速巡航状态下,航空发动机可以提供足够的推力。

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然而,在这些亚音速和超音速混合任务中,传统的涡轮喷气发动机或涡扇发动机难以在所有飞行条件下保持良好的性能,同时考虑到亚音速和超音速飞行要求,因此他们必须设计一个折衷方案,在选择重要的设计参数。这不仅增加了航空发动机的发展难度,而且也不利于发动机的潜力。例如,在美国开发和制造的F119小型旁通比涡轮风扇发动机具有超音速巡航能力而没有增压状态,但是在这种工作条件下以显着更高的燃料消耗为代价。而且由于发展的困难,今天,在F119发动机成功装备美军20多年后,仍然没有国家配备相同类型的涡扇发动机。

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可变循环引擎可能是解决此问题的最佳选择。根据国内外公开资料,变循环发动机是一种综合性能优越的推进系统。它通过多个部件/机构将涡轮喷气发动机的超音速性能和涡扇发动机的亚音速性能结合到一个发动机上。几何调整可实现不同工作模式的转换,扩大了旁通比的变化范围。 F119发动机的竞争对手:F120发动机已经正式定型但未配备部队,采用了这种可变循环概念,而不是10年级的F120发动机。它也是迄今为止唯一经过飞行测试的可变循环发动机。目前,美国,英国等国家依靠先进的航空发动机技术预研计划,继续对可变循环发动机技术进行更深入的研究。据报道,由美国军方下一代战斗机的航空发动机开发的XA100:GE通用电气公司(F120发动机的开发商)和普惠公司(F119和F135发动机的开发商)开发的XA100采用XA101可变循环技术。

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根据2018年中国权威媒体发表的一篇公开文章,沉阳发动机研究所成功研制出“昆仑”涡轮喷气发动机和“太行”涡扇发动机,在自适应变周期航空发动机上取得重大突破。可变循环独特技术的关键技术验证已经完成。最近,中国的一家专业媒体首次公开披露了国内可变循环发动机验证机的概况,为我们揭开了神秘的“面纱”。根据文章,为了研究变周期发动机的关键技术,在国内开发的传统发动机的基础上,增加了一些变周期部件,建立了变周期发动机技术验证平台。与之前的猜想不同,由于国内对可变循环发动机的研究起步较晚,它没有采用与美国第五代变速循环发动机AETD项目相同的三外阻尼循环发动机方案,而是采用了F120。具有核心驱动风扇级(CDFS)双管道可变循环启动解决方案的相同发动机。

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可变循环发动机的关键部件:核心机器驱动风扇(CDFS)从现有高压压缩机的第一级设计改进,并与随后的多级高压压缩机一起构成现有发动机的压缩系统。开发了可变循环技术验证平台。在压缩系统中,CDFS是一个单级,包括进口可调节导向叶片,转子和带有3排叶片的定子。高压压缩机为8级,没有入口导叶。由中国主动服务开发生产的“太行”涡扇发动机是9级高压压缩机,而另一种涡扇发动机型号:“秦岭”涡扇发动机具有12级高压级,因此可变循环技术验证平台很可能在“太行”涡扇发动机上有所改进。

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可变循环发动机技术验证平台的特点是核心机驱动风扇(CDFS)不使用开闭状态来改变发动机旁通比,而只是通过改变可调节导叶关闭角度和可调节。静力法用于实现双导管设计,可调叶片闭合角度可在20°~30°范围内变化。仅通过改变关闭角度来实现发动机旁通比的改变,并且F120可变循环发动机采用改变打开角度和关闭角度的方法来改变旁通比。它的优点是当发动机工作模式为涡流喷射状态时,它可以满足20%的发动机喘振裕度,而开关模式在涡轮喷气发动机和涡轮风扇模式下是最好的,但很难满足发动机气喘。振动余量要求。发动机喘振裕度越高,战斗机越“瘦”,发动机失速的概率就越低。

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在发动机的整体设计方面,该发动机借鉴了美国YF120发动机的技术特点,取消了高压压缩机进气口的可调节导轨,CDFS进气导叶和CDFS的性能以及流量调节在相同速度范围内达到15%,实现了旁通比的预期范围,并且CDFS与高压压缩机匹配良好,以满足整个程序技术规范的要求。从技术指标来看,发动机涡轮喷气发动机和涡轮风扇模式已经成功转换,并具有良好的超音速巡航潜力。军事观察家认为,如果涡轮风扇15遭遇重大挫折并且无法装备部队,则可变循环发动机技术验证平台可用作具有高成熟度的替代动力替换应急装置,如美国F120发动机。 (作者签名:小英说技术)

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