第七代航空发动机简介

航空航天发动机作为新时代科学技术极具特色的创造之一，以她为代表的先进生产力的出现改变了以往人民生活以及战争形态，极大的提高了人们的生活水平。航空航天发动机是典型的军民两用产品，可以广泛的应用在运输、巡逻、旅游、救护、通信、拍摄等多个领域。

世界三大航空发动机巨头: 普惠、GE、罗罗。美俄欧把发动机产业作为战略产业，国家大力支持，产品不断更新，技术不断提高。组建航发集团、发展航空发动机技术不仅是因为强烈的国家战略需求，而且还因为航空发动机本身具有重要的战略价值，能够在航发领域实现富国强军战略目标的高度统一。

一方面，航空发动机技术的辐射带动效应明显。航空发动机研制生产涉及机械、材料、电子、信息等诸多行业，对科技进步、经济发展具有巨大带动作用和产业辐射效应。经济专家表示:"美国的民用飞机销售额每增加1%，美国的国民经济生产总值增加0.744%。"虽然并非发动机直接拉动产生的经济价值，但作为飞机的核心部件，上述数据具有参考价值。据统计，按照产品单位重量创造的价值计算，如果以船舶为基准数1，那么汽车为9、电视机为50、大型喷气飞机为800，而航空发动机则高达1400，经济价值十分突出。

另一方面，航空发动机技术的军民通用性较强。航空发动机技术具有鲜明的军民两用特性，不仅表现在军、民用航空发动机在大部分技术上互通互联，而且预警机、加油机、反潜巡逻机等军用特种战机的最优改装平台始终都是民航飞机而不是军用大型运输机，例如改装自波音707客机的美国E-3预警机无论在航程、性能上都优于改装自伊尔-76的俄罗斯A-50预警机。可以预见的是，航发技术的突破将带来国防安全指数的显著提升。

另外，航空发动机的研制成功能够显著提升国际地位。由于研制难度太大，世界上真正具备独立设计生产航发的国家只有英美俄，以售卖航空发动机的方式控制别国航空体系进而延伸本国政治影响力的手段已成为战略力量投射的重要途径。美国通过售卖武器使购买国在国防建设上对其产生依赖，进而在该国甚至该地区增强影响力就是最好的例子。对于我国来说，打破垄断，重塑国际航空产业格局是当务之急。

显然，航空发动机虽不输出火力，但却是具备战略威慑和战略投射能力的另类战略武器。

航空发动机被称为战机的"心脏"。发展战机，必须同步发展相应的发动机，因此航空发动机的划代也基本与战机划代同步。目前美、俄等国在发展第六代战机的同时已经着手研发第六代航空发动机。与国际上对战机的代际划分有着相对一致的标准不同，航空发动机的代际区分并没有公认标准，那么航空发动机是如何划代的?

燃气涡轮航空发动机以涡轮喷气发动机为起点，开启了航空发动机的喷气时代。随着技术的发展和进步，涡轮喷气发动机衍生出涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和桨扇发动机等。其中涡轮风扇发动机(简称涡扇发动机)在军用战斗机配置的发动机领域内占主导地位。

涡扇发动机的特征参数有推力、耗油率、涵道比和推重比等，其中推重比为发动机推力和重量的比值，被作为军用涡扇发动机技术划代的标准。

关于战斗机的划代，目前有"四代"和"五代"两种方法。"四代"法以世界上第一批实用的超声速战斗机(典型机型是美国的F-100和苏联的米格-19)为第一代，即"超声速战斗机"划代法，也是除俄罗斯以外各国普遍采用的划代法。俄罗斯把战斗机划为 "五代"，区别在于把"四代"法中的第二代分成了两代，即把变后掠翼战斗机米格-23单独列为一代。

不过在2006年，美国洛克希德·马丁公司又提出"新五代"的概念，后经美国军事史专家、航空航天博物馆前馆长沃尔特·博伊恩的系统阐述(2008年发表于美国《空军》杂志)，成为一种新划代法。这种划代法把最早出现的喷气式战斗机列为第一代，把高亚声速后掠翼战斗机列为第二代，把低超声速战斗机和Ma2一级的战斗机都列入第三代。这种划代法可以说是"喷气式战斗机"划代法。

因此，从2008年以来，美、俄都采用了"五代说"。形式上，美国和西方向俄罗斯"五代说"趋同，实际上各自的划代仍有较大差异。差异主要出现在对早期机型的"代"的认定上，而对现役先进机型的"代"的认定基本一致。

我国目前在正式场合和官方文件中，继续使用"四代说"。但在科技界和媒体上，已经越来越多地使用"五代说"，特别是在描述当今先进机型和未来更新一代时，频繁出现第五代，第六代的字眼。

下面先简要介绍下欧美的"五代"划分方法:

军用涡扇发动机的涵道比较小，第一代航空发动机出现在20世纪50年代，以英国的康维发动机、美国的JT3D发动机为代表，推重比在2左右;

第二代航空发动机出现在20世纪60年代，以英国的斯贝MK202和美国的TF30发动机为代表，推重比在5左右。

第三代航空发动机出现在20世纪70~80年代，以美国的F100、F110、F404，欧洲的RBl99、M88-3，苏联的RD-33和AL-31F发动机为代表，推重比在8左右。其中美国的F100装备了F-15战斗机，F110装备了F-16战斗机，F404装备了F-18战斗机，RBl99装备了"狂风"战斗机，苏联的RD---33装备了米格29战斗机，AL-31F装备了苏-27战斗机。

20世纪90年代出现的第四代航空发动机是以美国的F119和欧洲的EJ200发动机为代表，推重比在10以上，其中F119装备了F-22战斗机，EJ200装备了"台风"战斗机。

到了21世纪初，第五代航空发动机出现，以美国的F135发动机和英、美联合研制的F136发动机为代表，推重比为12~13，其中F135发动机装备在F-35 战斗机上。2010年以后，依靠其强大的技术研发能力，美国已经开展第六代航空发动机的研发，预计推重比将达到20以上，目前已取得了阶段性成果 ，而第七代航空发动机也已经开始预研。中国发动机研制是生产一代、研制一代、预研一代、探索一代。中国发动机研制的技术目标时间表已经排到了2030年 。

第七代航空发动机是由美国军方与工业界正在开展新一代国家级军用发动机技术发展计划的规划工作，除先进推进技术外还首次纳入了完整的综合能量与热管理要素。

该计划称为"支持经济可承受任务能力的先进涡轮技术"(ATTAM)计划，由美国空军研究试验室(AFRL)领导，目标是研发用于一系列下一代高、中、低功率涡轴和战斗机发动机的技术。纳入综合能量与热管理技术的驱动力是为了满足未来发动机支撑更多电力系统、定向能武器、功率更大的传感器等需求，同时提高推进效率和飞行器自身的能量水平。

新计划将继承已经实施十年的"通用经济可承受先进涡轮发动机"(VAATE)计划，其细节可望在9月中旬举行的政府-工业界涡轮发动机技术论坛后公布。VAATE计划将于2019年结束，而ATTAM计划在2017年启动，二者之间会有2年左右的重叠。

ATTAM计划将对具有广泛基础的研究工作进一步发展，延续了2005年启动的VAATE计划和1987年启动的"综合高性能涡轮发动机技术"(IHPTET)两个国家级推进预研计划所遵循的思路。IHPTET计划首次将政府支持的研究工作集中到涡轮发动机技术上，其目标是将推重比提高一倍。该计划的工作聚焦在可直接应用的发动机性能改善措施上，得到的技术已经融入到F119和F135发动机上。

VAATE计划的内容扩展到涵盖从进气道到排气装置的整个推进系统，还包括了研发可用于一系列军民用发动机类型的多用途技术。与IHPTET计划集中在性能不同，VAATE计划的目标是将经济可承受性提高10倍。在该计划启动时也针对每类发动机专门确定了可度量的技术目标，这样整个项目朝着10倍经济可承受的目标情况也就可以定量测算。对大型涡扇/涡喷发动机，目标包括推重比提高200%，油耗降低25%，发动机研制、采购和寿命期维护成本减少60%。

AFRL表示VAATE计划制定了多个专用的项目目标，很多已经达到，其中一些还将继续延伸到ATTAM计划中，包括航程和耐久性等。ATTAM计划正处于规划阶段，将进一步发展VAATE计划的技术，并加强与热管理和能量生成等模块的综合。目前在"能量优化飞机"(EOA)计划中已经在研发能改善五代和六代战机热/能量管理的技术，其核心是AFRL的"综合飞行器能量技术"(Invent)子计划，采用基于模型的设计方法研发自适应、智能的飞机能量系统。在Invent计划2017年完成之后，将开展后续的"兆瓦战术飞机"(MTA)计划，目标是测试将Invent的技术放大后满足未来战机所需几兆瓦水平电力载荷的能力。

另一个相关的项目是最近启动的"支持下一代能力的综合推进能量与热管理"(INPPAT)计划，将实现一套完整的综合能量与热管理系统的成熟与演示验证，研究能够兼容和接纳部分能量管理技术的发动机技术。AFRL表示在自适应发动机发展过程中仍存在某些难题，比如多轴功率提取的能力。目前已经知道如何制造这种发动机，而INPPAT计划的目标则是如何去实现这些功能。ATTAM计划也试图了解当发动机应用能量与热管理系统时的综合方式。

AFRL同时还准备测试在一台F110发动机上施加可供提取兆瓦级功率的载荷所带来的影响，试验在NASA格林研究中心推进系统试验室的高空试验台进行，以进一步了解发动机在模拟高空条件下的反应。AFRL已经建立了预测用的分析模型，通过试验能够更好的了解模型的精准度。该高空台的PSL-3号舱可模拟21000米高度、马赫数3.0的工作环境，低流量时模拟高度可达到27000米。PSL-4号舱则可模拟马赫数4的速度，并为发动机提供压力1138kpa(165 psia，相当于11个大气压)、流量达172.5kg/s的高温高压来流 。

在推进制造业升级和"中国制造2025"的大背景下，脉冲爆震发动机具有较大的研究发展机遇。我国的脉冲爆震发动机技术还处于原理研究和样机试制阶段，2012年第七代航空发动机脉冲爆震发动机样机即已试制成功，希望率先实现脉冲爆震发动机在军工和民用方面的产业化应用 。