舰载作战飞机发动机的发展
屈鹏;王占学
【摘 要】介绍了舰载作战飞机发动机的研制背景、技术要求、研制进展和应用潜力,总结了其在研制原则、研制思想、综合能力提高等方面的特点和经验.
【期刊名称】《航空发动机》
【年(卷),期】2011(037)002
【总页数】4页(P54-57)
【关键词】舰载作战飞机;舰载发动机;发展历程;研制经验
快艇发动机
【作 者】屈鹏;王占学
【作者单位】海军驻西安地区航空军事代表室,西安,710021;西北工业大学动力与能源学院,西安,710072
【正文语种】中 文
1 引言
1917年7月，英国成功地改装了世界上第1艘专载作战飞机的航空母舰，揭开了舰载作战飞机及其发动机发展的序幕。经过90多年的发展，M88-2、F135和F136等喷气发动机已经或将要在RAFALE M、F-35C第4代舰载作战飞机上投入使用，成为法国、美国及其盟国海军舰载作战飞机的主力机种；自适应循环发动机等未来1代喷气发动机正在VAATE等研究计划下进行通用核心机、智能发动机等预先研究。因而，综述国外舰载作战飞机发动机的发展历程，研究其发展，对中国开展舰载作战飞机发动机的研究和开发工作具有重要的参考和借鉴作用。
2 国外舰载作战飞机发动机的发展历程
在经历活塞发动机时代后，20世纪40年代进入了喷气发动机时代，目前已经发展到第4代。
2.1 活塞发动机时期
从1917年舰载作战飞机诞生到1945年第2次世界大战结束，活塞发动机与螺旋桨发动机在美国和日本等国家得到大力开发，是当时舰载作战飞机乃至所有作战飞机的惟一类型动力装置，在第2次世界大战中发挥了重要作用。美国PW公司研制的 R-1340、R-1535、R-1830、R-2800、R-4360 发 动机，美国怀特公司研制的 R-1300、R-1820、R-2600、R-3350发动机，日本中岛公司研制的Sakae 12/11/21、Homare 1l/12/21、Kotobuki 41 发动机，日本三菱公司研制的Kasei MK4U 25等型发动机，日本爱知公司研制的Atsuta 21/32等活塞发动机，均应用到了舰载作战飞机上。这些发动机的最大功率达到3500 kW，最低耗油率降到 0.28 kg/daN·h，最大功重比达到1470 W/kg。
2.2 涡喷发动机时期
第2次世界大战以后，英国、德国、美国、前苏联、法国等国家先后研制了喷气发动机，逐步取代了活塞发动机，成为海军舰载作战飞机乃至所有空、海军作战飞机的主要动力装置，使作战飞机从活塞加螺旋桨时代进入了喷气时代。其中，美国、法国和前苏联(俄罗斯)开发了舰载作战飞机涡喷发动机。典型舰载作战飞机涡喷发动机主要性能参数见表1。
表1  典型舰载作战飞机涡喷发动机主要性能参数参  数  J79-8J79-10J75J52-P8AJ52-P408
推力/kN  75.49  81.18  117.65  44.00  49.78推重比  4.6  4.7  4.5  4.4  4.8总压比  12.9  12  13.6  14.6空气流量/(kg/s)  77  77  65  62涡轮进口温度/K  1242  1261  1366
在20世纪40年代成功地实现仿制后，美国GE、PW公司的涡喷发动机研制工作进展迅速，到60年代已经赶上、甚至超过了英国，居于世界先进水平。
1941年10月，GE公司引进英国的发动机技术仿制了GE-1A发动机，之后发展了J33离心式喷气发动机，并在美国海军AJ-1(A-2A)舰载轰炸机上投入使用。20世纪50年代，CE公司为美国海军改型研制了J79-2、-4、-8、-10发动机，并应用到F-4舰载战斗机和A-5舰载攻击机上。
1947年，PW公司由英国尼恩和苔茵离心喷气发动机仿制了J42-6、J42-8和J48发动机，分别应用在美国海军F9F-2、F9F-3和F9F-6舰载战斗机上。20世纪50 年代，PW公司自行设计了 J57-P-2、-4、-8、-10、12和-16等发动机，并先后将其应用到美国海军的F4D-1、F8U、F5D1、F8U-1、F8U-2 单发舰载战斗机和A3D-2双发舰载攻击机上；自行研制了J52-6、-8、-408等涡喷发动机，并应用到美国海军A-4与A-6舰载攻击机和EA-6双座双发电子对抗机上。
法国的ECMA公司于1945年以从德国引进的BMW-003发动机为原准机，陆续发展了22个型别的阿塔发动机，其中的阿塔8K50是法国海军超军旗(Super Etendard)舰载战斗机的动力装置。
前苏联于1946和1947年从德国引进了JUMO-004与BMW-003涡喷发动机和尼恩与德温特等涡喷发动机，先仿制后自行研制了一些涡喷发动机，其中的AL-21成为了Yak-38舰载直升机的动力装置。
2.3 涡扇发动机时期
20世纪60年代以后，由于具有推力大、排气速度较低和耗油率低(较涡喷发动机降低1/3左右)等特点，涡扇发动机很快取代了涡喷发动机，成为航空动力装置的主导机型。典型舰载作战飞机涡扇发动机主要性能参数见表2。
表2  典型舰载作战飞机涡扇发动机主要性能参数400  F404 F414RD-33MKM88F135推力/kN 41.28 92.17 120.45 73.55 99.74 81.40 75.00 181.50推重比  6.4  5.0  6.2  7.5  9.1  7.9  9.0  10.5涵道比  6.20  0.90  0.80  0.34  0.48  0.30  0.20总压比  21.0  19.8  30.4  25.0  28.0  21.
7  30.0参数  TF34 TF30F110-涡轮进口温度/℃  1240  1427  1316 1466 1417 1577 1537空气流量/(kg/s)  153.0  117.5  64.5  78.1  76.0  64.5  91.0最大耗油率/（kg/daN·h）2.78  1.65  1.65  2.09  2.09  1.80  2.00
2.3.1  英国的研制情况
在涡扇发动机的研制方面，英国又一次走在了世界的最前面。RR公司于1948年就开始探索研究双涵道发动机。1964～1968年，在民用SPEYMK51l发动机的基础上，RR公司成功地研制了军用SPEY MK202发动机，并将其应用到从美国进口的F-4K海军双发舰载战斗机上。20世纪60年代，RR公司和美国A11ison公司合作为A-7E舰载攻击机 (第68架后)改型研制了TF41-A-2(A11ison 912-B14 RB168-66)发动机。1975年，在研制了Pegasus(飞马)MK101、MK102、MK103发动机后，RR 公司又发展了舰载型MK1104发动机，并于1979年9月在美国海军“海鹞”单发战斗/侦察/攻击机上投入使用。1985和1990年，RR公司又先后改进研制了Pegasus11-21、MK106(F402-RR-406)和 Pegasus11-61(F402-RR-408)发动机，并将其应用到美国和英国海军的AV-8BII近距支援/攻击机上。但是，由于受综合国力和科技水平等因素的影响，英国没有能够保持快速发展。
2.3.2  美国的研制情况
美国涡扇发动机的研制略晚于英国。20世纪50年代末到60年代初，美国民用飞机动力装置掀起了涡扇化的研制高潮。1961～1966年，PW公司陆续研制了 TF30-6、-8、-100、-408、-412A、-414、-414A 等发动机，并将其应用到A-7舰载攻击机和F-14舰载战斗机上，成为美国第1型舰载涡扇发动机。在1966～1972年，GE公司以GE1核心机为基础，借鉴TF39和CF6发动机的技术与经验，成功地研制了TF34-GE-2舰载涡扇发动机，并于1975年又成功地改进研制了TF34-GE-400A发动机。这2型发动机很好地满足了美国海军S-3反潜机“长距离、低空巡逻与巡航”的战术要求。1975～1982年，以YJ101连续放气式涡喷发动机为基础，按照突出作战适应性、舰载适应性、可靠性和可维护性的研制原则，GE公司成功地研制了F404-GE-400舰载型涡扇发动机,成为当时最先进的舰载战斗机F/A-18A/8的动力装置。此后，以F404-GE-400发动机为基础，采用成熟的先进部件技术，CE公司改进研制了 -400D、-402、-100、-F1J1/RM12、-F2J1、-F5D2(F412)等多型陆基和舰载发动机。1976～1986年，为了改变配装美国空军F-15/F-16战斗机的F100发动机与配装美国海军F-14舰载机的TF30发动机频频出现耐久性、可靠性和可维护性等问题的窘迫局面，GE公司以F101发动机核心机为基础成功地研制了F110-GE-100空军陆基发动机和F110-GE-400
海军舰载基发动机。1991～1999年，以F404发动机为基础，采用RM12发动机的3级风扇、F412发动机的7级压气机、GE23A/F412发动机的单级高压涡轮、YF120发动机的加力燃烧室、F110-GE-129发动机的喷管、YF120发动机的控制系统，GE公司成功地研制了F414-GE-400舰载型涡扇发动机。1996年以来，在联合攻击战斗机(JSF)研究计划下，PW和GE公司分别研制了F135和F136发动机，再次成为美国及至世界上最先进的舰载作战飞机的动力装置，目前正在进行飞行试验，预计2013年以后投入使用。正是由于始终保持技术研究的规模，并始终注重基础和应用技术的研究，美国很快发展成为世界上战斗机发动机技术先进国家，并且始终处于遥遥领先的地位。