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俄罗斯米格-41截击机发动机技术路线分析

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高速飞行的关键因素

截至目前,飞行速度最快的当属美国的SR-71“黑鸟”战略侦察机,其最大飞行速度是Ma3.2。SR-71所装配的2台J-58单转子加力涡喷发动机,地面加力推力为153.5kN。发动机采用了特殊的旁路放气系统,即在Ma>2.2时,占压气机进口20%的压缩空气经第4级压气机后的24个内部旁路放气活门进入与其相连的6根粗管,绕过后几级压气机、燃烧室和涡轮,直接进入加力燃烧室进口。J-58发动机这一特殊旁路结构,使发动机在涡轮喷气模式和旁路放气模式下均可高效稳定工作;同时进气道处配有放气口,使气流流过发动机舱与收敛喷口形成高效的引射喷管,极大地发挥了进气道、发动机、喷管的一体化推进性能,具有较好的高空高速性能。

米格-25截击机及其RD-31发动机

米格-25截击机及其RD-31发动机

高速飞机要实现高速飞行是离不开动力的,其发动机除要满足常规使用需求外,重点是要满足高空高速飞行的使用要求,至少是Ma3一级涡轮发动机的特殊需求。因米格-41飞机要飞到Ma4,采取何种发动机技术是关键。

俄罗斯高速飞机发动机基础

高速截击机一直是俄罗斯国土防御和空中力量的重要组成部分,目前米格-31截击机仍然是俄罗斯的现役主力战斗机之一。米格-41会采用何种发动机,首先要从苏联高速飞机及其动力的发展上逐步分析,苏联研制的高速飞机主要有米格-25和米格-31截击机,此外还有早期的远程超声速轰炸机验证机T-4(苏-100),虽然T-4轰炸机项目最后终止,但其计划配装的Ma 3一级发动机也值得考虑。

米格-25和米格-31截击机的高空最大允许飞行速度为Ma2.83,前者配装联盟公司研制的2台RD-31单转子加力涡喷发动机,地面加力推力为139.19kN,空气流量为170kg/s,且在发动机进口喷入甲醇和水的混合液后可加速到Ma3,但只能维持很短的时间;后者配装彼尔姆公司研制的2台D-30F6双转子加力涡扇发动机,地面加力推力为152.1kN,空气流量为150kg/s;远程超声速轰炸机原型机T-4高空最大允许飞行速度为Ma3,配装土星联合公司研制的4台RD-36-41单转子加力涡喷发动机,地面加力推力为166.7kN,空气流量为165 kg/s。

以上3型苏联飞机都具备了Ma3一级的飞行能力,其发动机均是Ma3一级的高速涡轮发动机,且发动机的推力都很大。由此可见,俄罗斯在Ma3一级涡轮发动机方面具有很好的技术基础,具备发展更大推力高马赫数涡轮发动机的技术能力。

高马赫数发动机研究情况

高速飞行对发动机而言,首先面临的是“热”问题。当飞行速度达到Ma4时气流总温达到910K,发动机进口高温成为影响发动机工作的关键因素:一是高速飞行条件下进气总温提高,发动机处于限温状态下工作,转速降低,限制了发动机的推力;二是发动机各部件要承受更大的热负荷,材料、结构、燃油、滑油、冷却等都需要更高的耐温要求。

近年来,美国开展了一系列高马赫数涡轮发动机的研究计划,欲研制实现Ma3~4巡航的高速涡轮发动机。GE公司的革新涡轮加速器(RTA)充分继承了YF120和RJ43-MA-3发动机技术,发展了单级风扇的核心机驱动风扇级(CDFS)变循环涡扇发动机,工作马赫数可到4,已完成风扇部件、进气畸变和燃烧室部件的试验,但因技术难度过大在2005年终止;威廉姆斯公司基于Ma 0.9的WJ38发展了Ma3一级的小型高马赫数涡轮技术验证机,已完成地面持续运转试验,并计划以其为涡轮基开展组合动力模态转换技术验证,但目前尚未得到确切的验证情况。此外,美国还在莫哈韦沙漠机场建立了射流预冷技术验证试验台,利用F100发动机完成了不同来流总温下的喷水预冷验证,获得了喷水后发动机进口温度降低量和推力增加量,充分验证了射流预冷技术扩展发动机工作范围的能力。

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