高速飛行的關(guān)鍵因素

截至目前，飛行速度最快的當(dāng)屬美國的SR-71“黑鳥”戰(zhàn)略偵察機(jī)，其最大飛行速度是Ma3.2。SR-71所裝配的2臺J-58單轉(zhuǎn)子加力渦噴發(fā)動機(jī)，地面加力推力為153.5kN。發(fā)動機(jī)采用了特殊的旁路放氣系統(tǒng)，即在Ma>2.2時(shí)，占壓氣機(jī)進(jìn)口20％的壓縮空氣經(jīng)第4級壓氣機(jī)后的24個(gè)內(nèi)部旁路放氣活門進(jìn)入與其相連的6根粗管，繞過后幾級壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪，直接進(jìn)入加力燃燒室進(jìn)口。J-58發(fā)動機(jī)這一特殊旁路結(jié)構(gòu)，使發(fā)動機(jī)在渦輪噴氣模式和旁路放氣模式下均可高效穩(wěn)定工作；同時(shí)進(jìn)氣道處配有放氣口，使氣流流過發(fā)動機(jī)艙與收斂噴口形成高效的引射噴管，極大地發(fā)揮了進(jìn)氣道、發(fā)動機(jī)、噴管的一體化推進(jìn)性能，具有較好的高空高速性能。

米格-25截?fù)魴C(jī)及其RD-31發(fā)動機(jī)

高速飛機(jī)要實(shí)現(xiàn)高速飛行是離不開動力的，其發(fā)動機(jī)除要滿足常規(guī)使用需求外，重點(diǎn)是要滿足高空高速飛行的使用要求，至少是Ma3一級渦輪發(fā)動機(jī)的特殊需求。因米格-41飛機(jī)要飛到Ma4，采取何種發(fā)動機(jī)技術(shù)是關(guān)鍵。

俄羅斯高速飛機(jī)發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)

高速截?fù)魴C(jī)一直是俄羅斯國土防御和空中力量的重要組成部分，目前米格-31截?fù)魴C(jī)仍然是俄羅斯的現(xiàn)役主力戰(zhàn)斗機(jī)之一。米格-41會采用何種發(fā)動機(jī)，首先要從蘇聯(lián)高速飛機(jī)及其動力的發(fā)展上逐步分析，蘇聯(lián)研制的高速飛機(jī)主要有米格-25和米格-31截?fù)魴C(jī)，此外還有早期的遠(yuǎn)程超聲速轟炸機(jī)驗(yàn)證機(jī)T-4（蘇-100），雖然T-4轟炸機(jī)項(xiàng)目最后終止，但其計(jì)劃配裝的Ma 3一級發(fā)動機(jī)也值得考慮。

米格-25和米格-31截?fù)魴C(jī)的高空最大允許飛行速度為Ma2.83，前者配裝聯(lián)盟公司研制的2臺RD-31單轉(zhuǎn)子加力渦噴發(fā)動機(jī)，地面加力推力為139.19kN，空氣流量為170kg/s，且在發(fā)動機(jī)進(jìn)口噴入甲醇和水的混合液后可加速到Ma3，但只能維持很短的時(shí)間；后者配裝彼爾姆公司研制的2臺D-30F6雙轉(zhuǎn)子加力渦扇發(fā)動機(jī)，地面加力推力為152.1kN，空氣流量為150kg/s；遠(yuǎn)程超聲速轟炸機(jī)原型機(jī)T-4高空最大允許飛行速度為Ma3，配裝土星聯(lián)合公司研制的4臺RD-36-41單轉(zhuǎn)子加力渦噴發(fā)動機(jī)，地面加力推力為166.7kN，空氣流量為165 kg/s。

以上3型蘇聯(lián)飛機(jī)都具備了Ma3一級的飛行能力，其發(fā)動機(jī)均是Ma3一級的高速渦輪發(fā)動機(jī)，且發(fā)動機(jī)的推力都很大。由此可見，俄羅斯在Ma3一級渦輪發(fā)動機(jī)方面具有很好的技術(shù)基礎(chǔ)，具備發(fā)展更大推力高馬赫數(shù)渦輪發(fā)動機(jī)的技術(shù)能力。

高馬赫數(shù)發(fā)動機(jī)研究情況

高速飛行對發(fā)動機(jī)而言，首先面臨的是“熱”問題。當(dāng)飛行速度達(dá)到Ma4時(shí)氣流總溫達(dá)到910K，發(fā)動機(jī)進(jìn)口高溫成為影響發(fā)動機(jī)工作的關(guān)鍵因素：一是高速飛行條件下進(jìn)氣總溫提高，發(fā)動機(jī)處于限溫狀態(tài)下工作，轉(zhuǎn)速降低，限制了發(fā)動機(jī)的推力；二是發(fā)動機(jī)各部件要承受更大的熱負(fù)荷，材料、結(jié)構(gòu)、燃油、滑油、冷卻等都需要更高的耐溫要求。

近年來，美國開展了一系列高馬赫數(shù)渦輪發(fā)動機(jī)的研究計(jì)劃，欲研制實(shí)現(xiàn)Ma3～4巡航的高速渦輪發(fā)動機(jī)。GE公司的革新渦輪加速器（RTA）充分繼承了YF120和RJ43-MA-3發(fā)動機(jī)技術(shù)，發(fā)展了單級風(fēng)扇的核心機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇級（CDFS）變循環(huán)渦扇發(fā)動機(jī)，工作馬赫數(shù)可到4，已完成風(fēng)扇部件、進(jìn)氣畸變和燃燒室部件的試驗(yàn)，但因技術(shù)難度過大在2005年終止；威廉姆斯公司基于Ma 0.9的WJ38發(fā)展了Ma3一級的小型高馬赫數(shù)渦輪技術(shù)驗(yàn)證機(jī)，已完成地面持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，并計(jì)劃以其為渦輪基開展組合動力模態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)驗(yàn)證，但目前尚未得到確切的驗(yàn)證情況。此外，美國還在莫哈韋沙漠機(jī)場建立了射流預(yù)冷技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)臺，利用F100發(fā)動機(jī)完成了不同來流總溫下的噴水預(yù)冷驗(yàn)證，獲得了噴水后發(fā)動機(jī)進(jìn)口溫度降低量和推力增加量，充分驗(yàn)證了射流預(yù)冷技術(shù)擴(kuò)展發(fā)動機(jī)工作范圍的能力。

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