短距起飞/垂直降落战斗机发动机发展及关键技术分析

短距起飞/垂直降落战斗机具有独特的技术特点和较好的环境适应性,生存力强,推进系统尤其带升力风扇的发动机是其关键技术之一.综合分析了短距起飞/垂直降落战斗机发动机的发展历程,总结了升力风扇+常规发动机型短距起飞/垂直降落战斗机发动机的4项主要关键技术:发动机总体设计技术、升力风扇设计技术、3轴承偏转喷管设计技术和升力风扇机械系统设计技术.经分析认为,通过一定技术途径突破上述4项关键技术是掌握短距起飞/垂直降落战斗机发动机技术的关键.     

本期导读

正轴驱动升力风扇发动机性能仿真方法短距起飞/垂直降落战斗机集固定翼和旋翼飞机的优势于一体,是未来高性能战斗机的发展方向之一。研发具备短距起飞/垂直降落能力的轴驱动升力风扇发动机,是使战斗机实现短距起飞/垂直降落的关键。     

S/VTOL战斗机用推力矢量喷管技术的发展及关键技术分析

S/VTOL(short/vertical take-off and landing)战斗机用推力矢量喷管是飞机实现短距起飞垂直降落,摆脱对跑道的依赖,减小航母的设计难度,及显著提高飞机机动性能的关键技术,已成为第4代战斗机和战斗机用航空发动机的设计标志。结合不同时期推力矢量喷管的特征和不同战斗机对推力矢量的技术要求,对短距起飞垂直降落战斗机用矢量喷管的结构特点、工作原理及发展状况进行了归纳及总结。详细提出了S/VTOL战斗机用推力矢量喷管的关键技术,并对开展S/VTOL战斗机用矢量喷管技术研究提出建议。     

S/VTOL 战斗机及其推进系统的技术研究

短距起飞/垂直降落战斗机集固定翼和旋翼飞机的优势于一身,由于其出色的性能一直广受关注,但由于技术难度大,迄今为止,世界范围内仅有3型战斗机真正装备部队使用,分别是英国"鹞式"战斗机、前苏联雅克-38战斗机和美国F-35B战斗机。按照短距起飞/垂直降落战斗机推进系统提供升力和推力的方式,将其推进系统分为共用型、组合型和复合型3种类型。介绍了3种短距起飞/垂直降落战斗机推进系统的工作原理、应用和发展,并分析了其优缺点,给出了推进系统研制发展的启示及建议。     

基于某型发动机发展 STOVL 动力性能方案研究

短距起飞/垂直降落（STOVL）飞机由于其优越的作战性能,受到了世界航空大国的高度重视。通过借鉴目前最先进的 STOVL 动力 F135- PW -600发动机技术发展思路,研究了基于国内某型发动机改 STOVL 动力方案时,主发动机与升力风扇之间的匹配和约束关系。研究结果表明：随着升力风扇压比和流量的增加,主发动机升力减小,升力风扇升力增加;同一主发动机状态下,升力风扇流量越大,发动机前后升力平衡的升力风扇压比越小,总升力越大;主发动机性能越高,发动机前后升力平衡的升力风扇压比和流量越大,发动机总升力也越大。     

F-35飞行试验跟踪报道

目前,AA-1号F-35A战斗机已经成功完成了空中加油、噪声测试、超声速飞行、发动机空中停车和重新起动等一系列关键的试飞科目,而BF-1号F-35B战斗机也完成了打开升力风扇舱门和尾部发动机舱门的试飞科目,为即将展开的短距起飞垂直降落（STOVL）试飞科目奠定了基础,F-35的各项飞行试验都在紧锣密鼓地进行之中。     

罗罗交付首件F-35B用发动机升力风扇

10月4日,罗罗公司位于美国印第安纳波利斯的新总装厂交付了首件F-35B用发动机的升力风扇。该升力风扇重达1220千克,在F-35B战斗机短距起飞和垂直着陆过程中能产生85千牛的推力．而整个发动机系统可以产生181千牛的推力,使得F-35B可以在美国两栖攻击舰上起降。     

基于常规发动机发展STOVL推进系统的总体性能方案

结合F135-PW-600发动机构型,开展基于常规涡扇发动机发展短距起飞/垂直降落(STOVL)推进系统的总体性能方案研究,分析了影响性能方案的各升力部件参数,完成了针对总升力提升的方案优化。研究结果表明:以提高总升力为目标,升力风扇应选取低功耗、小压比、大流量的参数组合;滚转喷管引气量应由风扇裕度、滚转力及其力矩控制需求共同决定;增加外涵道调节机构和重新设计低压涡轮等措施,可将推进系统总升力最高提升近20%;保持主发动机部件不变,通过多学科优化设计,综合考虑质量等结构参数及耗油率等性能参数影响,可使短垂推进系统净收益提升近20%。     

短距起飞/垂直降落飞机外流场特性研究

为探索和研究短距起飞/垂直降落(STOVL)飞机,在垂直降落状态时的外流场特性和热燃气再吸入等飞推一体化关键问题,对STOVL飞机F-35B进行了飞机机身重构和网格划分,利用Fluent软件完成了F-35B外流场的三维数值模拟。研究了垂直降落状态下飞机不同离地高度和不同喷管面积下的热燃气再吸入问题。同时,给出了进气道入口截面、地面和机身的温度分布,直观说明了其升力系统方案的外流场技术特点。结果表明:为防止热燃气再吸入,应合理选择升力风扇喷口与主发动机喷口的面积相对值,并结合实际所需升力比,尽量减小两个喷口的面积比。     

美国研究未来舰载STOVL攻击战斗机

美国军方的飞机发展计划,由于国防经费的削减,出现了各种各样省钱的各军种共同发展的设想。直到目前,许多尚未作出决策。其中,一项令人感兴趣的计划,是美海军的短距起飞垂直降落攻击战斗机(SSF)。美国企图用之取代F-16、F/A-18、AV-8及A-7等飞机。本文将探究SSF的发展历程、原因和近期的设想方案。SSF飞机的发展历程数十年来,美国海军一直期望获得短距起飞垂直降落的超音速战斗机。为此进行了不间断的探索,寻求这种飞     

先进战斗机的飞行控制计算机系统研究

 先进战斗机具有超声速巡航、隐身性、敏捷性和短距/垂直起降(STOVL)等技术特征。这要求先进战斗机不但在气动外形和推进系统与传统战斗机不同,而且还必须改善飞行控制系统的结构和功能。首先详细分析了F-22战斗机和联合攻击机（JSF）的飞行控制计算机系统组成和结构,并对它们的典型特征进行了分析。随后,根据中国目前的微电子工业技术和软件技术水平,探讨了研制适合中国的下一代战斗机飞控计算机系统的多项关键技术和发展思路。     

舰载战斗机发动机适配性体系研究

为有效促进舰载战斗机发动机研发,参考国外舰载战斗机发动机研制经验,结合作战使用需求,系统梳理了舰载战斗机发动机适配性体系组成,重点围绕海洋作战适配性、海洋环境适配性、舰载使用适配性阐述了相关能力要求。在此基础上,提出了整机试验、陆基飞-发适配性试验和舰基舰-机-发适配性试验逐层递进的舰载战斗机发动机适配性体系验证考核方式。分析认为未来舰载战斗机发动机适配性工作应加强体系融合联合攻关,注重远海长航舰面维修保障能力设计,加快推进发动机舰载适配性标准规范体系建设。     

短距起飞/垂直降落发动机建模技术研究

参考常规双轴涡扇发动机数学模型,建立了适用于短距起飞/垂直降落(STOVL)飞机的变循环发动机部件级数学模型;通过特性外推,建立了轴驱动升力风扇数学模型;采用神经网络映射涵道总压损失的方法,建立了滚转喷管和外涵模型.根据STOVL发动机结构和部件变化特点,建立了稳态和动态共同工作方程.参照国外文献仿真数据进行设计点计算,并按照Bevilaqua提出方法开展了由常规涡轮风扇模式到悬停涡轮轴模式的过渡态仿真.仿真结果表明:建立的数学模型在悬停状态设计点和高空巡航点与国外文献数据相比误差均小于1.5%,推力达到悬停状态要求,符合STOVL发动机的设计特点,验证了该建模方法的有效性.      

1 种自适应循环发动机亚声速巡航节流性能研究

推进系统亚声速巡航的燃油经济性是决定战斗机作战半径的主要指标。在巡航过程中会因减少发动机推力带来进气道溢流量增加,使推进系统燃油经济性降低。自适应循环发动机如何利用自身变循环特征减小进气道溢流进而提高推进系统燃油经济性是解决这一问题的关键。研究了1种在亚声速巡航状态带可变风扇系统的自适应循环发动机,利用自身变循环特征,实现等流量降低推力的方法。通过对可变几何机构组合调节的研究,获取了等流量节流方案,并分析了发动机在这一过程中的性能和匹配情况。结果表明:这种带可变风扇系统的自适应循环发动机能够在一定推力范围内实现等流量节流,减少进气道溢流量,提升推进系统在亚声速巡航状态的燃油经济性。     

航空发动机预测健康管理系统设计的关键技术

介绍了航空发动机预测健康管理(EPHM)系统的定义、设计目标及其功能;结合EJ200,F119等国外第4代战斗机发动机健康管理系统的技术特点,设计了航空发动机预测健康管理系统与飞机、发动机的交联方案;完成了航空发动机在线机载EPHM系统及离线EPHM系统的基本结构设计;提出了航空发动机机载预测健康管理系统应实现的技术指标;总结归纳了航空发动机预测健康管理系统设计的关键技术.      

俄罗斯第6代战斗机发动机最新进展

为全面了解和掌握国外第6代战斗机发动机的研制历程和先进技术,基于有限资料综述了俄罗斯第6代战斗机发动机 技术发展路线与关键技术的最新进展。俄罗斯第6代战斗机发动机的构型已经基本明确,关键技术也已基本明确并开始筹划。 关键技术包括三涵道自适应循环、二元推力矢量喷管、陶瓷基复合材料（CMC）部件、3D打印等。     

高推重比发动机全权限数字电子控制系统研究和半物理仿真试验验证

以第4代战斗机的动力装置--高推重比发动机为控制对象,攻克了多项全权限数控系统的术,完成了高推重比发动机数控系统总体方案设计和多变量控制技术的工程化研究,适合多变量控制、轻质量、小体积的电子控制器和轻质量、小体积的机械液压装置的研制,以及高推重比发动机全权限数控系统的半物理仿真试验.     

STOVL飞机发动机多变量控制方法

短距起飞/垂直降落（STOVL）飞机发动机已采用多变量控制方法。基于鲁棒稳定性和条件数分析、块相对增益矩阵分析,对STOVL飞机发动机不同工作模式下的三变量控制系统输出选择和控制结构设计进行了研究。对常规工作模式,提出了基于多目标优化的三变量分块解耦控制方法,通过定义最优指标实现动态跟踪和分块间的耦合抑制。对常规工作模式和垂直起降工作模式间的切换,提出基于升力风扇功率前馈的复合控制方法,以消除负载变化对系统性能的影响。仿真结果表明:提出的控制方法能够保证常规工作模式下良好的解耦控制效果,能够实现不同工作模式间的平稳过渡,验证了控制方法的可行性。      

F100/F110发动机与F-15/F-16战斗机使用故障的统计与分析

为借鉴国外航空发动机在设计、研制和使用中积累的经验与教训,通过大量的数据统计与分析,描述美国F-15与F-16战斗机及其装配的F100与F110发动机在使用中发生的重大故障,归纳并总结这些故障在不同阶段、不同部件、不同影响因素的分布情况与规律.分析表明:发动机在前10年或工作35000h左右,故障率高,在之后的较成熟期,故障明显减少;无论是否考虑结构完整性,发动机各种故障会出现在整个使用过程中,但按结构完整性大纲研制的发动机的故障率明显低;在部件故障分布方面,发动机叶轮机是最主要的故障源;在影响因子分布方面,设计、维护、保障和使用不当是发动机出现故障的最主要原因.      

功能敏捷性评估与影响因素研究

建立了现代高机动性能战斗机功能敏捷性仿真计算数学模型，并以Ｆ－１６战斗机为例，对其功能敏捷性尺度－－空战周期时间和相对能量状态进行了数字仿真研究。结果表明，不同初始飞行状态对飞机功能敏捷性有显著影响，改善和提高发动机性能，合理设计和选取飞机的控制系统和机动飞行中的操纵动作，将有利于发挥飞机敏捷性功能。