1 中小型航空发动机的范围.pdf

1中小型航空发动机的范围、作用和地位中小型航空发动机主要是指目前应用最广泛的燃气涡轮发动机和少量的活塞式发动机中推力和功率在中等以下者。关于中小型发动机的界定范围，根据国内外业内人士的共识，可以把中型涡喷/涡扇发动机和中型涡桨/涡轴发动机的推力和功率上限分别设在5000daN和5000kW。相应的小型发动机的推力和功率上限分别为500daN和500kW。这样界定的理由是，它们相应的核心机空气流量大致相近，前者为15~25kg/s，而后者为3.0~5.0kg/s。因而，它们在设计和试验技术上有相同之处。一个典型的例子是，处于中型发动机上端的AE3000涡扇发动机、AE2100涡桨发动机和T406涡轴发动机采用同一的核心机。目前在使用中的活塞式发动机功率一般不超过350kW。对于推力/功率分别小于50daN/50kW和5daN/5kW的微型和超微型发动机不在本文的研究范围。中小型航空发动机的机种多，推力/功率档次差异大，结构类型各不相同，在军用和民用方面有广泛的用途，在国民经济和国防建设方面有重要的作用和地位：（1）在军用方面，现代战争是立体作战，陆、海、空、天构成一个完整的作战体系，其中采用中小型发动机的直升机、巡航导弹和无人机以及教练机、轻型强击机和轻型运输机等起到十分重要的作用。（2）在民用方面，支线客机、通用飞机和直升机以及大型飞机的机载辅助动力装置方面有着广阔的应用前景。（3）在地面应用方面，由中小型航空发动机改型的轻型燃气轮机可应用于坦克、舰艇、移动电站、天然气和石油管线泵站。（4）在经济方面，在航空燃气涡轮发动机市场上，中小型发动机所占的份额很大。近年来，在世界市场上，中小型航空发动机在生产台数中占的份额接近90%，在销售额的份额中接近60%。表1和表2分别示出中小型发动机的用途和市场份额。表1中小型航空发动机的目前应用范围涡喷/涡扇涡桨/活塞涡轴/活塞中高级教练机轻型攻击机初级教练机轻型运输机轻型运输机各种直升机军用预警机轻型攻击机辅助动力装置巡航导弹轻型低速无人机大型高速无人机农林机支线客机公务机各种直升机民用公务机轻型运输机辅助动力装置大型高速无人机通用飞机轻型低速无人机表22004~2013年世界航空燃气涡轮发动机市场预测台数台数份额(%)销售额(亿美元)销售额份额(%)小发动机和辅助动力装置（APU）4868336.8174.963.86涡轴发动机1971914.91105.815.45涡桨发动机95387.2178.004.02中轻型战斗/攻击/教练机17481.3225.511.31涡喷小轻型运输机/支线客机1516411.46516.3326.58型公务机2404218.18297.3615.31和重型战斗机53744.06217.9011.22大重型运输机/干线客机70685.34586.9630.23涡扇发动机型特种飞机9360.7139.192.02合计1322721001942.021002中小型航空发动机的技术特点中小型发动机是燃气涡轮发动机的一个特殊领域，它可以借鉴大型发动机的研究成果和试验条件，但并非是大型发动机的缩型，因而有它自身独特的设计和制造技术，需要专门试验和制造设施，主要有：（1）中小型发动机较小的空气流量和尺寸造成气动、结构和强度等方面的"尺寸效应"，即发动机减小，其气动和机械效率降低。因此要注意研究小尺寸、小流量和低雷诺数条件下的附面层和叶尖间隙有较大影响的压气机、涡轮和整机气动热力技术，小尺寸高温高容热强度环形回流燃烧室设计技术，小尺寸气冷涡轮叶片冷却设计和制造技术，以及小尺寸构件的紧凑设计技术。（2）中小型发动机特别是涡轴发动机多采用轴流/离心压气机，甚至双级离心压气机。因此，要注意研究高压比离心压气机技术、轴流和离心级的级间匹配技术和离心级的级间匹配技术。（3）中小型发动机的转子转速通常比大型发动机的高得多。例如功率1000kW以下涡轴发动机的燃气发生器转速常常达到50000rpm，因此高速转子动力学的研究和试验非常重要。要根据在其转速范围内出现多阶临界转速的情况，研究和选择最佳的支承刚度和阻尼系数，采取有效的减振措施，研究小刚度细长转子特有的高速甚至全转速动平衡技术。（4）对于军用特别是武装直升机发动机，要研究进口粒子分离器和排气红外抑制器技术。（5）对于无人机特别是高空无人机来说，对不同的发动机需要解决各自的问题。对于往复活塞式发动机，需要发展增压式发动机。对于旋转活塞式发动机，要解决高空补氧燃烧的冷却问题。对于涡喷/涡扇发动机，要解决高空低雷诺数条件下的压气机和涡轮性能问题和系统在高空各种的特殊问题。（6）对于巡航导弹发动机，其特殊的设计要求是：长期储存、一次使用，快速起动，有高的抗畸变和过载能力，尺寸小、重量轻、结构简单，不维护或少维护，成本低、可靠性高，环境