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1、2004年9月中国工程科学Sep.2004第6卷第9期EngineeringScienceVol16No19专题报告21世纪世界航空动力技术发展趋势与展望1,22刘大响,金捷(11中国航空工业第一集团公司科技委,北京100022;21北京航空航天大学,北京100083)[摘要]21世纪的世界航空动力技术将继续加速发展,有可能出现革命性变化。传统的燃气涡轮发动机仍具有巨大的发展潜力;随着超燃冲压发动机以及涡轮和火箭基组合循环发动机的应用,高超声速飞行将成为现实,并有可能迎来以高超声速空天往返飞行为标志的新的航空时代;脉冲爆震发动机、
2、超微型发动机等新概念发动机必将登上历史舞台;新能源航空发动机将占据一席之地;航空动力技术将继续在人类科技发展和社会进步中占据重要的地位。[关键词]航空发动机;发展方向;燃气涡轮;高超声速[中图分类号]V23[文献标识码]A[文章编号]1009-1742(2004)09-0001-08各种动力装置的研究应用,有可能使Ma=210～1引言215的超声速短距起飞/垂直降落战斗机从遭到破飞机的发明与应用是20世纪人类取得的最伟坏的跑道或舰船上起降;以微机电技术为基础的超大的科技成就之一,极大地推动了人类社会文明进微型发动机、燃气涡轮/超燃
3、冲压/火箭组合发动步,并对人类社会的日常生活和思维方式产生了巨机、新能源发动机等新型动力的突破,有可能研制大影响。作为飞机心脏的航空动力系统同样走过了出只有在神话中才能出现的如同鸟儿和蚊蝇般大小辉煌历程。以燃气涡轮发动机技术为标志,于20的微型飞行器;并可能研制出Ma=5～10的高超世纪后半叶从活塞时代迈入超声速飞行的喷气时声速飞行器及空天飞机,使纽约到北京的旅行时间代。目前,燃气涡轮发动机占据航空动力的主导地缩短到2～3h,继活塞时代、喷气时代之后,将位,是知识密集、军民两用的高科技产品,是国家人类带入快速、便捷的高超声速时代,
4、实现大气层科技工业水平和综合国力的重要标志,成为各大国—外层空间自由往返航行,开辟人类航空史上的新大力发展、高度垄断、严密封锁的关键技术。经过纪元。半个多世纪的发展,航空涡轮发动机技术取得巨大21世纪的军、民用航空动力系统的主要发展进步,推动了飞行器和航空工业的蓬勃发展。方向是:超高速(Ma=5～10)、超高空(高度21世纪,世界航空动力技术将继续加速发展,30～50km或更高)、无限航时、无限航程;推重[1]有可能出现革命性变化。据预测,21世纪前半比20～25或更高,耗油率下降10%～20%;特叶,将出现装备推重比达20的发动
5、机的第5代战种用途;天地往返,等等。斗机,可在21km高空以马赫数Ma=3～415作上述推进系统的性能指标对于现有的航空技术巡航飞行;装备超燃冲压发动机或新型脉冲爆震发水平而言,几乎是无法实现的,但正如50年前喷动机的巡航导弹可以实现Ma=5～10的高超声速气发动机的出现突破了被认为用活塞发动机不可逾飞行;远距增升、推力转向、引射器和串列风扇等越的“声障”一样,新技术的发明应用和新概念动[收稿日期]2004-03-15;修回日期2004-05-28[作者简介]刘大响(1937-),男,湖南祁东县人,中国工程院院士,中航一集团科技委
6、、北京航空航天大学教授,博士生导师2中国工程科学第6卷力的出现,将使这些“不可能”成为现实。F-35战斗机及其发动机将成为21世纪初美国及其盟国的主力战斗机之一。2燃气涡轮发动机发展潜力仍然巨大213超大涵道比民用涡扇发动机在21世纪前半叶,有旋转部件的燃气涡轮发利用推重比15～20的军用涡扇发动机核心机,[2]动机仍将占据航空动力的主要地位,并根据军配以大展弦比宽弦风扇、整体叶盘增压级和多级高用与民用的不同需求,分别以高推重比与低耗油率效低压涡轮,可望研制出涵道比超过10的超高涵为主要发展目标,在降低研制、生产和使用维护费道比涡
7、扇发动机,形成新一代大型民用旅客机和运用的同时,减少对环境的污染,成为满足环保要求输机的动力(见图2及本期封面)。与目前使用的的“绿色发动机”。大涵道比民用涡扇发动机相比,除耗油率可望再降211高推重比(15～20)军用涡扇发动机低10%～20%外,由于采用了军民通用核心机,预计2020年后能够研制出推重比15～20的战研制和生产成本可大幅度下降。由于采用先进的高斗机用涡扇发动机(图1)。这种发动机与现役的周疲劳寿命控制(HCF)和“主动健康管理”技术4第3代推重比810一级发动机相比,主要技术特点(AHM),发动机的正常使用寿命
8、可望达到10×10是:风扇级数由3级减至1～2级;高压压气机级h以上,从而大幅度降低使用维护成本。数由9级减至3～4级,转子为鼓筒式无盘结构,用钛金属基复合材料制成,减轻质量约70%;燃烧室火焰筒和高低压涡轮采用金属间化合物或难熔金属,涡轮前温度达
