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中国研制出最强离子喷气发动机

据俄罗斯媒体1月13日报道,香港媒体周三发表文章称,中国研制出世界上最强大的离子喷气发动机。报纸援引中国媒体的消息称,中国航天科技集团公司第五研究院502所专家向客户展示了新一代离子发动机。

1971年苏联发明的离子喷气发动机已用于航天领域数十年。目前全世界的科学家都在研制该款发动机的改进型。

报纸写道,中国新一代离子发动机的全线性能高于卫星和飞船目前使用的同类产品。此款离子发动机的加速度可达30公里/秒。但研制人员称,可将这一指标提高至少30%。

离子喷气发动机的工作原理与化学燃料发动机有很大差别。离子发动机可在较低温环境下运行,重量更轻,燃料耗费量是其它型号火箭发动机的十分之一。

据该报消息,中国将成为世上首个在高环地轨道卫星上测试最新技术的国家,但卫星的具体发射日期尚不知晓。

下面是世界十大军用战斗机航空发动机排名,中国三款型号上榜:

第一名:F135涡扇发动机 国家:美国

F135涡轮扇发动机由美国普拉特·惠特尼公司研制的新型发动机,最大推力超过18吨(4万F135涡轮扇发动机磅)。 F-135发动机是在F-119(F-22战斗机使用)的基础上发展研制而成。由于海军陆战队与英国皇家海军预计采用的F-35B必须能够垂直起降,因此F-135也可以加上向下弯折的矢量推力喷嘴。

但是这个喷嘴只有在垂直起降的场合使用,可以大大地缩短起飞/降落距离。其他F-35则不使用这项设计。F135使用了F119的核心机,配合高效的6级高压压气机,1级高压涡轮和高效的风扇(由一个2级的低压涡轮驱动)。F135采用了BAE系统公司的全权数字式发动机控制系统(FADEC),为了提高发动机的可靠性和可保障性,F135大量采用外场可替换部件(LRC),其零部件数量比F119减少了大约40%。

该发动机主要装备的是F35战斗机

按照计划.F135一PW一100将作为F-35A空军型的动力系统;F135一PW一400将作为F-35C海军型的动力;而F135一PW一600将作为F-35B海军陆战队型的动力。

F135发动机推比10.5、加力推力19吨级别、军推13吨级别、质量1700千克,其19吨的加力推力目前没有任何实际装备战斗机的加力式涡扇发动机能够企及。

不过值得一提的是,F135相对于F119虽然推力大幅度提高,但是实际上是在同样核心机基础上用流量、高速性能换推力。F135虽然推力超群,但是其高速性能却是下降的。

第二名:F119涡扇发动机 国家:美国

F119是普·惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机,其设计目标是:不加力超音速巡航能力、非常规机动和短距起落能力、隐身能力(即低的红外和雷达信号特征)、寿命期费用降低至少25%、零件数量减少40~60%、推重比提高20%、耐久性提高两倍、零件寿命延长50%。在80年代初确定的循环参数范围是:涵道比0.2~0.3;总增压比23~27;涡轮进口温度1577~1677℃(1850K~1950K);节流比1.10~1.15。

在F119上采用的新技术主要有:三维粘性叶轮机设计方法、整体叶盘结构、高紊流度强旋流主燃烧室头部、浮壁燃烧室结构、高低压涡轮转向相反、整体式加力燃烧室设计、二元矢量喷管和第三代双余度FADEC。此外,还采用了耐温1070~1100℃的第三代单晶涡轮叶片材料、双性能热处理涡轮盘、阻燃钛合金Alloy C、高温树脂基材料外涵机匣以及用陶瓷基复合材料或碳-碳材料的一些静止结构。

在研制中,注意了性能与可靠性、耐久性和维修性之间的恰当平衡。与F100-PW-220相比,F119的外场可更换件拆卸率、返修率、提前换发率、维修工时、平均维修间隔时间和空中停车率分别改进50%、74%、33%、63%、62%和29%。新的四阶段研制程序和综合产品研制方法保证发动机研制结束时即具有良好的可靠性、耐久性和维修性并能顺利转入批量生产。

在研制中,为满足提高推力的要求而增大风扇直径,还遇到了风扇效率低、耗油率高和低压涡轮应力大的问题。预计,1994年中开始初步飞行试验,此时F119将再积累3000地面试验小时。1997年交付第1台生产型发动机,装F119的F-22战斗机将于2002年具备初步作战能力。它是装备在F-22A战斗机上的F119-PW一100发动机的改进型号。其最大推力达191.3千牛。超过了F119-PW一100的最大推力(156千牛,约15.8吨)多达20%;F135的最大军用推力达到128千牛,而F119-PW一100的最大军用推力仅为104千牛。因此,F135是有史以来最为强劲的战斗机发动机。

第三名:WS-15涡扇发动机 国家:中国

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WS-15全称涡扇15″峨眉” 涡扇发动机,是为我国第四代重型/中型战斗机而研制的小涵道比推力矢量涡扇发动机。WS-15主要用于双发重型隐身战斗机歼-20。WS-15由606所、624所、614所、410厂、430厂和113厂等单位专家组织研制。”峨眉”航空发动机的技术验证机在2006年5月首次台架运转试车成功。这标志着我国在自主研制航空发动机的道路上又实现了历史性跨越,在研制我国第四代中型战斗机的征程上迈出了坚实的一步。2011年中航黎明完成了ws-15验证机的交付。保节点是2020年完成研制。

WS-15全称涡扇15“峨眉” 涡扇发动机,是为我国第四代重型/中型战斗机而研制的小涵道比推力矢量涡扇发动机。由606所、624所、614所、410厂、430厂和113厂等单位专家组织研制。“峨眉”航空发动机的技术验证机在2006年5月首次台架运转试车成功。

这标志着我国在自主研制航空发动机的道路上又实现了历史性跨越,在研制我国第四代中型战斗机的征程上迈出了坚实的重大一步。2007年3月原形机首次台架运转试车成功,预计2013年3月发动机完成设计定型试验,2014年7月生产型发动机定型。

按照飞机任务要求,“峨眉”航空发动机在循环参数选择上采用较高的涡轮进口温度、中等总增压比和比较低的涵道比。采用的新技术主要有损伤容限和高效率的宽弦叶片、三维粘性叶轮机设计方法、整体叶盘结构的风扇和压气机、单晶气冷涡轮叶片、粉末冶金涡轮盘、刷式封严、树脂基复合材料外涵机匣、整体式加力燃烧室设计、陶瓷基复合材料喷管调节片、三元矢量喷管和具有故障诊断和状态监控能力的双余度式全权数字式电子控制系统。发动机由10个单元体组成。

第四名:AL-41涡扇发动机 国家:俄罗斯

L-41F发动机是留里卡-土星公司的产品,将成为俄第五代战斗机通用的发动机。该发动机的发展基础是留里卡设计局开发的AL-31系列, 1985 年开始研制, 总设计师是车金博士。为适应第五代战斗机的要求,AL-4lF 的推力有大幅度增加,其最大状态推力约12000 千克(117.6千牛),加力推力的一般说法是不低于17857千克(175千牛),具体数字有18500 千克(181.3千牛)和20000千克(196千牛)等说法。

不管哪一种数据,AL-41F的加力推力都高于F119-PW-100 ( F-22A的发动机)的16000千克( 156 AL-41F-1S(117S)发动机千牛)级,按照俄罗斯标准计算其推重比超过11(按照美国标准则约为10)。但是与F119发动机是不能比较的。因为F119发动机是以寿命设计为主,确保12000小时的寿命。而AL-41F发动机是以牺牲寿命设计,提高推力。对于AL-41F的寿命指标我们现在没有数据。

该发动机涡轮前温度为1828K ,低干Fll9-PW-100 、M88-1 . M88-2 (后两者是“阵风”的发动机)的1977K 、1843K 和1850K ,但比AL-3lF、F100-PW-100和F110-GE-100的约1665K, 1672K和1644K 有很大提高,也高于EJ200 ( “台风“使用的发动机)1803K 。这些性能数据说明它的确是一种典型的第五代发动机。

AL-41F也是俄罗斯第一种实现“全权限数字电子控制”(FADEC)的发动机,俄罗斯业已在AL-31FU上对FADEC 系统进行过验证,而AL-3lF系列则一直采用液压电子控制。

AL-4lF的FADEC系统与机上KSU-1-42 数字式电传操纵系统交联,能够根据飞行状态自动调节发动机的工作,从而提高飞行效率和发动机工作的可靠性.由此可见米格-39 已经具有了“综合飞行/推力控制系统”(IFPCS) ,下一步应该是将其与火力控制系统(FCS)交联在一起,实现综合火力/飞行/推力控制系统(IFFPCS) 。

这一点俄罗斯专家在其1999年以前公开的第五代战斗机讨论中并未提及(其讨论侧重于各分项目应当具有的指标与特性),但它确实是真正的第五代战斗机应当具有的特征,依赖干IFFPCS ,作战飞机将能够以最佳飞行时间、最佳任务航迹、最佳燃由消耗等为优化目标自动对飞机进行能量管理,实现作战过程全自动化,大幅提高其生存能力和作战效能。

第五名:涡扇-10B太行发动机 国家:中国

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行WS-10/10A相当于当初F100-PW-100阶段,而太行改WS-10B则已经相当于当初F100-PW-220阶段。太行改WS-10B发动机整体性能接近和部分超过F110-GE-129IPE (F110的性能改进型)WS-10B发动机在“太行”发动机的基础上研制的,涡扇10B与涡扇10/10A之间的通用零部件达70%。使用通用部件不仅减小了研制的冒险性,还将显着地减少后勤保障费用。

太行改WS-10B的核心机以“太行”核心机为基础重新研制的,在设计过程中三大核心部件既高压压气机、环形燃烧室、高压涡轮等大量的参照并借鉴了AL-31F核心机的设计方法,结构细节设计和制造工艺. 大胆倡导采用了航空动力许多前沿设计技术成果和大量应用新材料、新工艺,从而突破了120余项关键技术。

重点围绕WS-10B核心机的三大高压部件既高压压气机、环形燃烧室、高压涡轮等的工程设计,试制与试验以及其相关的强度、控制等系统进行综合应用研究,研制过程遵循“部件试验在前,整机试车在后.的原则,完成了大量的三大核心部件和子系统的试验。

对核心机进行了大量的地面和高空性能试验,对可靠性与耐久性方面的进行大量试验,大幅度的提高热端部件寿命。对其它部件、系统、成件等作了适应性改进,对附件位置、管线和防冰系统作了必要的修改。为减轻重量进一步扩大了钛合金的应用范围。对加力燃烧室和尾喷管进行优化设计,采用新的耐高温合金材料,改进冷却设计,减轻重量 。

优化设计了高压涡轮叶片的结构细节设计,为不带冠设计,强化气膜加对流复合冷却技术。利用增大空气流量、提高部件效率、减少漏气和损失等技术措施,来一定幅度的提高推力。风扇是采用后2级整体叶盘结构。由于运用三维计算流体力学进行设计,风扇效率显着提高,压比为3.6;采用整体叶盘,消除了燕尾槽和阻尼凸台等处的应力集中,简化了结构,减少了零件数,减轻了重量,减少了泄漏结构和系统。

加力燃烧室和尾喷管以及大部分发动机附件从“太行”发动机的设计方案衍生而来,并改进了冷却技术和重新设计了部分结构设计,使结构更简单,减轻了重量,提高使用寿命寿命、同时维修性也得到改善,降低了使用和维护成本,为适应J11B的机体,对附件位置、管线和防冰系统作了必要的修改。

第六名:AL-31FN涡扇发动机 国家:俄罗斯

AL-31F是由俄罗斯留里卡”土星”科研生产联合体研制的带加力燃烧室的涡扇发动机。该联合体前身是留里卡设计局,组建于1946年,是前苏联的主要战斗机发动机设计局。在上世纪60年代,留里卡研制了AL-21F系列涡轮喷气发动机,其最大加力推力达11000daN。1970~1974年投入生产,广泛用于苏-17、苏-20、苏-22、苏-24和米格-23战斗机上。在AL-21基础上,1976年(另一说法是1973年)留里卡开始研制AL-31F发动机。1985年该发动机研制达标后,用于苏-27、苏-30和苏-35战斗机。AL-31F的结构形式是双转子加力式涡扇发动机。推力范围:加力12250daN,中间7620daN。每台价格300万美元。AL-31F有一些改进型,其中包括带矢量推力喷管的改进型AL-31FP发动机。

从总体上讲,作为苏-27战机的专用动力装置AL-31F发动机,其性能是优良的,具有明显优势。

(1)尺寸小,推力大。其涡轮具有有效的冷却系统和良好的热力学特性;压气机增压快速,发动机结构紧凑,保证飞机有较高的推力和良好的机动性。

(2)稳定性高。可使用在苏-27飞机的各种飞行高度和速度下,即使飞机在以M2的速度进入平螺旋、直螺旋、翻转螺旋和进气道喘振的情况下,发动机工作仍然极其稳定。喘振消除系统、空中自动点火系统、主燃烧室和加力燃烧室的再次启动系统等可保证在使用机载武器时动力装置的工作可靠性。

(3)维修简便。该发动机采用单元体结构,由14个单元体组成,因此,如果出现某些损坏,不需要全部更换,只替换下有故障的单元体即可。这样,在使用条件下进行发动机维修时,可更换其中的6个单元体。

(4)使用寿命长。AL-31F可根据其技术状况而使用,只要发动机还正常,就可以一直使用下去,而现代化水平的诊断设备可保证飞行安全。但其使用寿命也有一个限度,一般认为该发动机第一次维修前的使用寿命可达1000h,总使用寿命应该不少于10年。

第七名:EJ-2000涡扇发动机 国家:英国

EJ200是欧洲四国联合研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机,用于欧洲联合研制的90年代战斗机EFA(现编号EF2000)。参加研制工作的有英国罗·罗公司、德国发动机涡轮联合公司、意大利菲亚特公司和西班牙涡轮发动机工业公司,各占份额33%、33%、21%和13%。

1985年8月,先由英、德和意大利三国集团发起EFA计划,同年9月西班牙加入该集团。1986年12月,负责EJ200发动机研制的欧洲喷气涡轮公司(Eurojet Turbo GmbH)在慕尼黑注册。1988年11月签订发动机研制合同,同时首台EJ200设计验证机在德国慕尼黑运转。1989年12月,三台设计验证机共积累运转650h,达到设计验证机要求。1991年10月EJ200原型机首次运转。计划将制造20多台原型机用于地面和飞行试验。预计1996年可能交付生产型EJ200。

在发动机设计要求中,除要达到高推重比(10)和低耗油率外,特别强调高的可靠性,耐久性和维修性以及低的寿命期费用。例如:平均故障间隔时间大于100EFH*,空中停车率小于0.1/1000EFH,维修工时不大于0.5MMH**/EFH。

采用的新技术主要有:损伤容限和高效率的宽弦叶片、三维有粘的叶轮机设计方法、整体叶盘结构的风扇和压气机、单晶气冷涡轮叶片、粉末冶金涡轮盘、刷式封严和具有故障诊断和状态监控能力的FADEC。在开始执行EJ200研制计划之前英国罗·罗公司专门研制了XG-40验证机,以便在实际发动机环境下验证新的设计技术。为EJ200打下技术基础。

除欧洲战斗机EF2000外,EJ200发动机其他可能的用途有:垂直/短距起落欧洲战斗机2000、“狂风”战斗机改装、F/A-18、意大利马基航空公司与巴西航空工业公司合作研制的AMX、“阵风”、巴基斯坦的F-7和印度的LCA战斗机。

第八名:M88涡扇发动机 国家:法国

M88-2发动机的结构为风扇3级,第一级带凸肩。高压压气机6级,采用三维设计技术,前3排整流叶片可调,在第4和第5级之间设引气口,高级负荷。相比基于类似核心设计的F404发动机,M88-2少一级高压压气机,其总压比为24.5,F404则为26,同样改进自F404的RM12也达到了27.5。由此可以看出,因为M88-2少一级高压压气机给总压比带来了不利影响,不过级数减少也能部分减轻结构重量和几何长度,适当缩小载机的发动机舱轮廓。

M88-2风扇压大约在4以内,高于F404的3.641;而高压压气机压比则为6.125,低于F404的7.14。级压比方面,M88-2为1.35,只略高于F404的1.324,更加低于RMl2。考虑到M88与F404的高压段有很大的继承性,两者性能参数上的差异表明法国在压气机设计上仍然有所不足。

相比之下,F414发动机采用3级风扇、7级高压,达到30以上的总压比。EJ200发动机的总压比为26,虽然不算太高,但只用了3级风扇、5级高压结构,比同样总压比的F404减少了2级。

燃烧室采用了低污染的双环腔带多孔气膜冷却结构,与通用动力公司同系列产品的结构与特点类似。目前,苏霍伊SSJl00支线客机已确定以M88核心机为基础,发展SAM-146大涵道中等推力发动机。M88-2燃烧室上构造的特点,显示了它身上有着无可否认的F101发动机血统。

涡轮部分高低压涡轮均为单级结构,都使用气膜冷却,高压涡轮叶片具备主动间隙控制,叶片材料使用AMl单晶合金。由于采用了高温高负荷设计,其涡轮进口温度高达1850K。

涡轮盘采用粉末冶金制造工艺,轮盘材料试验型为Astroloy粉末冶金,生产型为N18合金。加力燃烧室为整体式,由中心单圈环形稳定器和9根径向火焰稳定器组成。尾喷管为引射式,喉部面积和引射喷口面积均可调,喷口调节片用碳化硅基陶瓷材料制造。发动机采用双余度全权限数字化发动机控制系统(FADEC),可在3秒内从怠速加速到全加力状态,在飞行包线范围内无顾虑操作。外涵机匣则采用树脂基复合材料PMR-15制造。

全机分为21个模块设计,每个模块都能由简单工具拆装更换,达到减少备件数量、快速更换、简化维修程序和时间的目的,整机拆卸及维修总共只需4小时。

第九名:WS-13涡扇发动机 国家:中国

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俄方负责培训技术人员和部分工人,培训完一批工人连设备一起运回,安装调试进行生产,合理安排各部件生产进度,交叉并行进行。 由中俄双方在 RD-33 的设计基础上,对局部结构设计进行改良,命名为天山 -21,后请空军司令员马晓天中将命名为“泰山” 。引进了改良后的 RD-33 的大部分生产工艺设备对一条 WP-13 生产线进行技术改造,WS13 是在 RD33 的基础上结合推比八的中推的技术而研制的小涵道比加力型涡扇。

三级轴流式宽弦实心钛合金的风扇叶片,经两极电化学处理的整体叶盘结构,风扇前有计算机控制的可变弯度导流叶片,扩大风扇稳定工作范围。8 级轴流式高压压气机 ( 前三级为可调导流叶片 ) 单级低压涡轮采用空心气冷转子叶片,单级高压涡轮为单晶涡轮叶片和导向器叶片,环形燃烧室,有叶尖间隙控制的 空气热交换器,综合数字式全权限控制系统。

WS-13涡扇发动机齿轮箱和附件位于发动机的下方,具有性能先进的微型涡轮辅助动力装置,大部分零部件可以利用RD-33的,部分只需略加改良,小部分是新研制的外廓尺寸相近。引进了改良后的 RD-33 的大部分生产工艺设备对一条 WP-13 生产线进行技术改造。

WS13A :大涵道比非加力型涡扇,涵道比 2.0 ,推力 10KN ,油耗 0.62 ,总压比 23 ,涡轮温度 1800K ,推重比14 ,大修间隔 800H ,寿命 2400H ,预计 2006 年开始批量生产,列装机型: 中客 ARJ21 、中运。

WS13 泰山:用于 FC - 1 “ 枭龙 “ 、 FBC - 1 “飞豹” 后期动力。 WS13 是在 RD33 的基础上结合推比八的中推的技术而研制的, 长 4.14 米,最大外直径 1.02 米交付使用质量 1135 千克,发动机 加力推力 86.37 千克。

改型发动机加力耗油率为 2.02 ,不加力推力为 56.75KN ,不加力耗油率为 0.73 ,巡航推力 51.2KN ,巡航耗油率 0.65 ,进气量 80kg/s ,涵道比 0.57 总压比 23 ,大修间隔 810H ,涡轮进气口温度 1650K ,寿命 2100H ,推重比 7.8 。预计2012年开始批量生产。

第十名:RD-93涡扇发动机 国家:俄罗斯

RD-93型发动机是用于米格-29战机的RD-33涡扇发动机的改进型,由俄罗斯圣彼得堡克里莫夫公司研发,莫斯科切尔内舍夫机械制造厂正在量产。 RD-93发动机的推力较大,最大推力49.4千牛,加力81.4千牛,可使飞机在16500米的高度维持每小时2000公里的速度。

RD-33是第一种量产型发动机,使用于MiG-29和MiG-29UB双座教练型上。第一具于1976年开始出厂递交飞机公司。第一代RD-33的翻修间隔(Time Between Overhall,TBO)为300小时,第二代之后提高至1600小时,第三代将可以达到2000小时。歼31目前装备的发动机就是RD93发动机。

RD-33改良型,提升涡轮前的燃烧温度,同时也提高推力输出。使用在MiG-29K与MiG-29M上。

RD-93(俄文为PД-93)加力式涡轮风扇发动机是在RD-33(俄文为PД-33)的基础上,为适应飞机设计的需要,将上置的附件机匣改为置于发动机下部的改进型,发动机中各部件的结构(除适应附件机匣位置改动而带来的中传动装置中从动锥齿位置有变动外)两型完全一样。中国战机大都普遍装备RD93发动机(来源:长沙晚报)

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