米格-41截击机发动机技术路线分析

高速飞行的关键因素

截至目前，飞行速度最快的当属美国的SR-71“黑鸟”战略侦察机，其最大飞行速度是Ma3.2。SR-71所装配的2台J-58单转子加力涡喷发动机，地面加力推力为153.5kN。发动机采用了特殊的旁路放气系统，即在Ma>2.2时，占压气机进口20％的压缩空气经第4级压气机后的24个内部旁路放气活门进入与其相连的6根粗管，绕过后几级压气机、燃烧室和涡轮，直接进入加力燃烧室进口。J-58发动机这一特殊旁路结构，使发动机在涡轮喷气模式和旁路放气模式下均可高效稳定工作；同时进气道处配有放气口，使气流流过发动机舱与收敛喷口形成高效的引射喷管，极大地发挥了进气道、发动机、喷管的一体化推进性能，具有较好的高空高速性能。


高速飞机要实现高速飞行是离不开动力的，其发动机除要满足常规使用需求外，重点是要满足高空高速飞行的使用要求，至少是Ma3一级涡轮发动机的特殊需求。因米格-41飞机要飞到Ma4，采取何种发动机技术是关键。

俄罗斯高速飞机发动机基础

高速截击机一直是俄罗斯国土防御和空中力量的重要组成部分，目前米格-31截击机仍然是俄罗斯的现役主力战斗机之一。米格-41会采用何种发动机，首先要从苏联高速飞机及其动力的发展上逐步分析，苏联研制的高速飞机主要有米格-25和米格-31截击机，此外还有早期的远程超声速轰炸机验证机T-4（苏-100），虽然T-4轰炸机项目最后终止，但其计划配装的Ma 3一级发动机也值得考虑。

米格-25和米格-31截击机的高空最大允许飞行速度为Ma2.83，前者配装联盟公司研制的2台RD-31单转子加力涡喷发动机，地面加力推力为139.19kN，空气流量为170kg/s，且在发动机进口喷入甲醇和水的混合液后可加速到Ma3，但只能维持很短的时间；后者配装彼尔姆公司研制的2台D-30F6双转子加力涡扇发动机，地面加力推力为152.1kN，空气流量为150kg/s；远程超声速轰炸机原型机T-4高空最大允许飞行速度为Ma3，配装土星联合公司研制的4台RD-36-41单转子加力涡喷发动机，地面加力推力为166.7kN，空气流量为165 kg/s。

以上3型苏联飞机都具备了Ma3一级的飞行能力，其发动机均是Ma3一级的高速涡轮发动机，且发动机的推力都很大。由此可见，俄罗斯在Ma3一级涡轮发动机方面具有很好的技术基础，具备发展更大推力高马赫数涡轮发动机的技术能力。

高马赫数发动机研究情况

高速飞行对发动机而言，首先面临的是“热”问题。当飞行速度达到Ma4时气流总温达到910K，发动机进口高温成为影响发动机工作的关键因素：一是高速飞行条件下进气总温提高，发动机处于限温状态下工作，转速降低，限制了发动机的推力；二是发动机各部件要承受更大的热负荷，材料、结构、燃油、滑油、冷却等都需要更高的耐温要求。

近年来，美国开展了一系列高马赫数涡轮发动机的研究计划，欲研制实现Ma3～4巡航的高速涡轮发动机。GE公司的革新涡轮加速器（RTA）充分继承了YF120和RJ43-MA-3发动机技术，发展了单级风扇的核心机驱动风扇级（CDFS）变循环涡扇发动机，工作马赫数可到4，已完成风扇部件、进气畸变和燃烧室部件的试验，但因技术难度过大在2005年终止；威廉姆斯公司基于Ma 0.9的WJ38发展了Ma3一级的小型高马赫数涡轮技术验证机，已完成地面持续运转试验，并计划以其为涡轮基开展组合动力模态转换技术验证，但目前尚未得到确切的验证情况。此外，美国还在莫哈韦沙漠机场建立了射流预冷技术验证试验台，利用F100发动机完成了不同来流总温下的喷水预冷验证，获得了喷水后发动机进口温度降低量和推力增加量，充分验证了射流预冷技术扩展发动机工作范围的能力。

有关俄罗斯在高马赫数涡轮发动机方面的研究报道较少，但是苏联早期也开展一系列高速飞机动力技术的研究：RD-31发动机最早采用在进口前喷入甲醇和水混合液增加推力的技术措施，也说明俄罗斯在射流预冷技术方面有很好的基础，完全有能力再改进优化，进一步扩展发动机工作包线；在20世纪60—80年代，苏联利用已有的R-11-300系列加力涡喷发动机和AI-25涡扇发动机开展了不同构型涡轮基组合循环（TBCC）动力的广泛计算和试验研究，在TBCC动力方面也具有一定的技术基础。

米格-41飞机发动机路线分析

综上不难看出，俄罗斯的Ma3一级涡轮发动机已通过飞行试验验证，有很好的技术基础，并且在射流预冷、TBCC动力等方面也有技术积累和基础。对于米格-41飞机采用什么发动机，可能的技术路线方向主要有两条。

第一条技术路线是对已有Ma3一级涡轮发动机改进升级，进一步扩展其工作马赫数至Ma3.5左右，之后再辅以射流预冷技术，降低发动机进口总温和增加推力，使涡轮发动机工作马赫数扩展至Ma4～4.3。采用这条路线，可以充分利用俄罗斯已有的技术基础，发动机的改动最小，短期内可实现，也基本可以保证米格-41飞机2025年批量生产的时间节点。如果将已有Ma3一级涡轮发动机直接升级到Ma4～4.3，走美国RTA的路线，相比将Ma3扩展到Ma3.5所面临的技术难度要大的多，按俄罗斯一贯的“实用”和“简单”的技术理念和美国新研RTA终止的情况，这种可能性不大；如果只在已有Ma3一级涡轮发动机基础上增加射流预冷提高到Ma4，发动机进气总温需要从Ma4时的910K降低到Ma3时的607K，冷却降温量较大，如按RD-36-41发动机Ma3巡航时的空气流量95kg/s计算，其所需的喷水量为9.3kg/s，如在Ma4条件下工作3min其水箱容量将是1674L，远远大于米格-25飞机的250L水箱，且如果在Ma3.5附近长时间喷水巡航，其总水量会更大，必将占据飞机可带燃料的空间；此外即使发动机在Ma4～4.3工作，也只能做短时间停留（米格-25飞机在Ma2.83飞行就有3min的时间限制），而较长时间巡航状态可能在Ma3.5左右。

第二条技术路线是利用已有Ma3一级涡轮发动机，构建与亚燃冲压发动机组合的TBCC动力系统，到达Ma3时完成与亚燃冲压发动机的转换，之后由亚燃冲压发动机继续助推到Ma4～4.3，并实现较长时间巡航。苏联早期已利用小型涡轮发动机开展一系列TBCC技术研究，有一定的技术基础；俄罗斯对Ma3一级的涡轮发动机稍加改进即可作为大推力TBCC的涡轮基，也为模态转换提供了很好的基础；亚燃冲压发动机技术还可借鉴其导弹动力技术；此外就是要解决两种发动机组合及工作转换等关键问题，这些问题经过一定时间的研究和验证也将逐步解决。

米格-41飞机计划在2025年批量生产，因此留给解决发动机技术难点的时间有限。考虑米格-41对米格-31飞机的继承性，兼顾俄罗斯已有高马赫数涡轮发动机技术基础、Ma4一级发动机技术需求和难度，笔者认为，短期内米格-41飞机发动机最有可能采取第一条技术路线，保障米格-41飞机研制成功并具有Ma4～4.3短时飞行能力；后续随着TBCC动力技术的不断发展和成熟，发动机再逐步发展到第二条技术路线上，到时可由亚燃冲压发动机在Ma4～4.3实现较长时间巡航，从而进一步发挥飞机的作战效能。  


http://www.cannews.com.cn/2016/0429/153107.shtml高速飞行的关键因素

截至目前，飞行速度最快的当属美国的SR-71“黑鸟”战略侦察机，其最大飞行速度是Ma3.2。SR-71所装配的2台J-58单转子加力涡喷发动机，地面加力推力为153.5kN。发动机采用了特殊的旁路放气系统，即在Ma>2.2时，占压气机进口20％的压缩空气经第4级压气机后的24个内部旁路放气活门进入与其相连的6根粗管，绕过后几级压气机、燃烧室和涡轮，直接进入加力燃烧室进口。J-58发动机这一特殊旁路结构，使发动机在涡轮喷气模式和旁路放气模式下均可高效稳定工作；同时进气道处配有放气口，使气流流过发动机舱与收敛喷口形成高效的引射喷管，极大地发挥了进气道、发动机、喷管的一体化推进性能，具有较好的高空高速性能。


高速飞机要实现高速飞行是离不开动力的，其发动机除要满足常规使用需求外，重点是要满足高空高速飞行的使用要求，至少是Ma3一级涡轮发动机的特殊需求。因米格-41飞机要飞到Ma4，采取何种发动机技术是关键。

俄罗斯高速飞机发动机基础

高速截击机一直是俄罗斯国土防御和空中力量的重要组成部分，目前米格-31截击机仍然是俄罗斯的现役主力战斗机之一。米格-41会采用何种发动机，首先要从苏联高速飞机及其动力的发展上逐步分析，苏联研制的高速飞机主要有米格-25和米格-31截击机，此外还有早期的远程超声速轰炸机验证机T-4（苏-100），虽然T-4轰炸机项目最后终止，但其计划配装的Ma 3一级发动机也值得考虑。

米格-25和米格-31截击机的高空最大允许飞行速度为Ma2.83，前者配装联盟公司研制的2台RD-31单转子加力涡喷发动机，地面加力推力为139.19kN，空气流量为170kg/s，且在发动机进口喷入甲醇和水的混合液后可加速到Ma3，但只能维持很短的时间；后者配装彼尔姆公司研制的2台D-30F6双转子加力涡扇发动机，地面加力推力为152.1kN，空气流量为150kg/s；远程超声速轰炸机原型机T-4高空最大允许飞行速度为Ma3，配装土星联合公司研制的4台RD-36-41单转子加力涡喷发动机，地面加力推力为166.7kN，空气流量为165 kg/s。

以上3型苏联飞机都具备了Ma3一级的飞行能力，其发动机均是Ma3一级的高速涡轮发动机，且发动机的推力都很大。由此可见，俄罗斯在Ma3一级涡轮发动机方面具有很好的技术基础，具备发展更大推力高马赫数涡轮发动机的技术能力。

高马赫数发动机研究情况

高速飞行对发动机而言，首先面临的是“热”问题。当飞行速度达到Ma4时气流总温达到910K，发动机进口高温成为影响发动机工作的关键因素：一是高速飞行条件下进气总温提高，发动机处于限温状态下工作，转速降低，限制了发动机的推力；二是发动机各部件要承受更大的热负荷，材料、结构、燃油、滑油、冷却等都需要更高的耐温要求。

近年来，美国开展了一系列高马赫数涡轮发动机的研究计划，欲研制实现Ma3～4巡航的高速涡轮发动机。GE公司的革新涡轮加速器（RTA）充分继承了YF120和RJ43-MA-3发动机技术，发展了单级风扇的核心机驱动风扇级（CDFS）变循环涡扇发动机，工作马赫数可到4，已完成风扇部件、进气畸变和燃烧室部件的试验，但因技术难度过大在2005年终止；威廉姆斯公司基于Ma 0.9的WJ38发展了Ma3一级的小型高马赫数涡轮技术验证机，已完成地面持续运转试验，并计划以其为涡轮基开展组合动力模态转换技术验证，但目前尚未得到确切的验证情况。此外，美国还在莫哈韦沙漠机场建立了射流预冷技术验证试验台，利用F100发动机完成了不同来流总温下的喷水预冷验证，获得了喷水后发动机进口温度降低量和推力增加量，充分验证了射流预冷技术扩展发动机工作范围的能力。

有关俄罗斯在高马赫数涡轮发动机方面的研究报道较少，但是苏联早期也开展一系列高速飞机动力技术的研究：RD-31发动机最早采用在进口前喷入甲醇和水混合液增加推力的技术措施，也说明俄罗斯在射流预冷技术方面有很好的基础，完全有能力再改进优化，进一步扩展发动机工作包线；在20世纪60—80年代，苏联利用已有的R-11-300系列加力涡喷发动机和AI-25涡扇发动机开展了不同构型涡轮基组合循环（TBCC）动力的广泛计算和试验研究，在TBCC动力方面也具有一定的技术基础。

米格-41飞机发动机路线分析

综上不难看出，俄罗斯的Ma3一级涡轮发动机已通过飞行试验验证，有很好的技术基础，并且在射流预冷、TBCC动力等方面也有技术积累和基础。对于米格-41飞机采用什么发动机，可能的技术路线方向主要有两条。

第一条技术路线是对已有Ma3一级涡轮发动机改进升级，进一步扩展其工作马赫数至Ma3.5左右，之后再辅以射流预冷技术，降低发动机进口总温和增加推力，使涡轮发动机工作马赫数扩展至Ma4～4.3。采用这条路线，可以充分利用俄罗斯已有的技术基础，发动机的改动最小，短期内可实现，也基本可以保证米格-41飞机2025年批量生产的时间节点。如果将已有Ma3一级涡轮发动机直接升级到Ma4～4.3，走美国RTA的路线，相比将Ma3扩展到Ma3.5所面临的技术难度要大的多，按俄罗斯一贯的“实用”和“简单”的技术理念和美国新研RTA终止的情况，这种可能性不大；如果只在已有Ma3一级涡轮发动机基础上增加射流预冷提高到Ma4，发动机进气总温需要从Ma4时的910K降低到Ma3时的607K，冷却降温量较大，如按RD-36-41发动机Ma3巡航时的空气流量95kg/s计算，其所需的喷水量为9.3kg/s，如在Ma4条件下工作3min其水箱容量将是1674L，远远大于米格-25飞机的250L水箱，且如果在Ma3.5附近长时间喷水巡航，其总水量会更大，必将占据飞机可带燃料的空间；此外即使发动机在Ma4～4.3工作，也只能做短时间停留（米格-25飞机在Ma2.83飞行就有3min的时间限制），而较长时间巡航状态可能在Ma3.5左右。

第二条技术路线是利用已有Ma3一级涡轮发动机，构建与亚燃冲压发动机组合的TBCC动力系统，到达Ma3时完成与亚燃冲压发动机的转换，之后由亚燃冲压发动机继续助推到Ma4～4.3，并实现较长时间巡航。苏联早期已利用小型涡轮发动机开展一系列TBCC技术研究，有一定的技术基础；俄罗斯对Ma3一级的涡轮发动机稍加改进即可作为大推力TBCC的涡轮基，也为模态转换提供了很好的基础；亚燃冲压发动机技术还可借鉴其导弹动力技术；此外就是要解决两种发动机组合及工作转换等关键问题，这些问题经过一定时间的研究和验证也将逐步解决。

米格-41飞机计划在2025年批量生产，因此留给解决发动机技术难点的时间有限。考虑米格-41对米格-31飞机的继承性，兼顾俄罗斯已有高马赫数涡轮发动机技术基础、Ma4一级发动机技术需求和难度，笔者认为，短期内米格-41飞机发动机最有可能采取第一条技术路线，保障米格-41飞机研制成功并具有Ma4～4.3短时飞行能力；后续随着TBCC动力技术的不断发展和成熟，发动机再逐步发展到第二条技术路线上，到时可由亚燃冲压发动机在Ma4～4.3实现较长时间巡航，从而进一步发挥飞机的作战效能。  


http://www.cannews.com.cn/2016/0429/153107.shtml