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我国航空发动机实现赶超的突破口:大小叶片技术

90年代初,随着三维计算机模拟的实用化,早在70年代就已经出现的航空发动机压气机大小叶片技术获得了新生,走在前沿的美国在本世纪初取得重大突破,大小叶片压气机技术是其未来实现超高推重比发动机的核心技术之一。

那什么是发动机的大小叶片呢?就像飞机超过临界迎角后,它的机背在机体的遮挡下会发生附面层分离,造成失速一样,每一级压气机叶片也可以看作一个在风洞中的飞行器,迎面气流也会在压气机叶片背面发生分离,为了阻止气流的分离,就需要在最容易出现分离的部位设计小叶片,给气流补充能量,这样就可抑制甚至消除分离,避免气流的拥堵,让它顺畅的通过压气机。

发动机叶片像飞机一样,也会失速

可见,使用大小叶片技术能增加叶片的气动效率,提高压气机的级压比,大小叶片压气机的单级压比能从传统压气机的1.5提高到1.75,相当于把三级风扇的总压比提高37%!也就是说,应用大小叶片技术后,两级风扇即可达到原来三级风扇的压比,对级数少的风扇尚且有如此效果,高压压气机就更不用说了。因此,大小叶片技术能显著提高发动机的推重比或功重比。不仅如此,大小叶片技术还能减小压气机发生喘振的机率,提高战斗机的过失速机动性,而且压气机级数少了,涡轮的负荷也会降低。

太行发动机用了三级风扇

国内科研机构紧跟国外技术发展前沿,于90年代也开展了大小叶片技术研究,短期内就取得了丰硕成果,以涡轴6为平台进行了全尺寸实机测试,改进后,发动机不仅在尺寸未变的情况下加大了空气流量,总压比、输出功率、耗油量等指标均有显著改善,以这种发动机为动力的直18高温高原性能有了极大提高。至此,我国成为世界上第二个掌握大小叶片压气机技术的国家。目前该技术已经在涡涡轴9、涡轴10等一系列新型号上得到了普遍应用,效果显著。近年来,我国在涡轴发动机领域之所以不断取得可喜成果,很大程度上要归因于大小叶片技术的全面实用化。

采用大小叶片技术的涡轴9发动机

大小叶片技术的潜力还远未挖掘,有了它,我国下一代航发风扇在获得很高压比和气动稳定性的同时,仅需两级甚至一级叶片。现在10个推重比的发动机如F119,基本结构是3-6-1-1,也就是三级风扇,六级高压压气机,一级高压涡轮,一级低压涡轮。而我国下一代推比15的核心机用上大小叶片技术后就会变成1-3-1-1结构,也就是一级风扇,三级高压压气机,一级高压涡轮,一级低压涡轮。

F22的F119发动机

压气机作为航空发动机中“较冷”的部件,对高温材料要求不高,气动设计又是我国的强项,因此压气机成为中国航空发动机的突破口。大小叶片技术的广泛应用充分证明这个发展战略是正确的,愿这成为我国航空发动机实现赶超的转折点!

我国航空发动机实现赶超的突破口:大小叶片技术

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