第四代战斗机发动机的结构特点
第四代发动机先进结构
Tiles reduce wall cooling air requirements making more air available for NOx reduction A significant cost reduction relative to conventional machined combustors is also achieved
双转子轴流双涵道涡轮风扇发动机（大涵道比）
2. 四代航空发动机的划分（战斗机的燃气涡轮发动机）
第一代：单转子亚音速喷气发动机（推重比3～4） 20 世纪30～40 年代研制。 代表机种：美国的J47。 第二代：超声速涡喷发动机（推重比5～6） 大都在50 年代研制。 代表机种：美国的J79。 第三代：超声速涡扇发动机（推重比7～8，有的达到9左右） 研制始于 60 年代，用于高性能超音速战斗机。 代表机种：美国的F404、F100、前苏联的AL-31F、 英国的RB199 和法国的M88-2。 第四代：先进技术涡扇发动机（推重比达到10） 从 80 年代中期开始发展，代表机种有：美国的 F119、F135、俄罗斯的AL-41F 和欧洲四国联合研制 的EJ200。
F135以F119 发动 机核心机为基础,重 新设计了风扇和低 压涡轮,改进了加力 燃烧室和喷管。
• 风扇截面面积增加 了10% ～20 • 低压涡轮增加到2 级,以适应增大的 风扇 • 加力燃烧室平衡了 推力性能和隐身性 • 喷管由二元俯仰矢 量喷管改为轴对称 喷管
F135
F119
F135发动机实物照片
两台AL-41F
F-35
一台F135
4S: Stealth Supersonic cruise Super maneuverability Superior Avionics
F-22战机的资料
F-22战斗机F-22 世界上第一种也是目前唯一一种投产的第四代超音速战斗机，它所具备的“超音速巡航、超机动性、隐身、可维护性”（即所谓的S4 概念，也有资料将“短距起落”包含在内，称为S5）成为第四代超音速战斗机事实上的划代标准。
它的任务包括：夺取制空权，向美军作战提供空中优势，在战区空域有效实施精确打击；防空火力压制和封锁、纵深遮断，近距空中支援。
与第三代战斗机相比，F/A-22飞机最具里程碑意义的技术特性是：采用全隐身与气动综合布局、持续的超音速巡航能力、过失速机动、短距起降、先进的机载设备和火控系统与综合航空电子系统。
F-22加速飞行即将跨越音速前F-22设计结构：F-22采用双垂尾双发单座布局。
垂尾向外倾斜27度，恰好处于一般隐身设计的边缘。
其两侧进气口装在翼前缘延伸面（边条翼）下方，与喷嘴一样，都作了抑制红外辐射的隐身性设计，主翼和水平安定面采用相同的后掠角和后缘前掠角，都是小展弦比的梯形平面形，水泡型座舱盖凸出于前机身上部，全部武器都隐蔽地挂在4个内部弹舱之中。
在平面内为带高位梯形机翼的带尾翼的综合气动力系统，包括彼此隔开很宽和带方向舵并朝外倾斜的垂直尾翼，并且水平安定面直接靠近机翼布置。
按照技术标准(小反射外形、用吸收无线电波的材料、用无线电电子对抗器材和小辐射的机载无线电电子设备装备战斗机，其设计最小有交错射面为0.1平方米左右。
F/A-22是美国战斗机中使用钛合金与复合材料最多的机型。
其中钛-64合金约36%、热定型复合材料约24%、铝合金约16%、钢约6%、钛-52222合金约3%、热塑复合材料约1%、其它约15%。
F-22机身蒙皮全都是高强度、耐高温的BMI复合材料。
新研究开发的高强度钴-62222合金，初问世就用在F—22上。
主起落架使用钢材。
武器舱门与起落架舱门使用热塑复合材料。
两侧翼下菱形截面发动机进气道为不可调节的进气道，为敷设发动机压气机冷壁进气道呈S形通道。
发动机二维喷管，有固定的侧壁和调节喷管横截面积及按俯仰±20°角偏转推力矢量而设计的可动上调节板和下调节板.4S特点：超音速巡航能力:说到超音速性能，首先要提到的就是超音速巡航能力。
第四代军用航空发动机(F119和EJ2000)
第四代军用航空发动机（F119和EJ2000）资料来源：西北工业大学F119 ：结构形式：双转子加力式涡轮风扇发动机推力范围：加力 15568daN中间 9786daN用途： F22结构与系统：风扇：3级轴流式，无进口导流叶片，宽弦设计高压压气机：6级轴流式，整体叶盘结构燃烧室：环型，浮壁结构高压涡轮：单级轴流式，采用第三代单晶涡轮叶片材料，隔热涂层和先进冷却结构低压涡轮：单级轴流式，与高压涡轮对转加力燃烧室：整体式，内外涵各设单圈喷油环矢量喷管：二元矢量收敛－扩张喷管，俯仰方向可作-20度到 +20度的偏转控制系统：第三代双余度FADEC装备F119的F22研制概况：F119 是普惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机．其设计目标是：不加力超音速巡航，非常规机动和短距起落能力，隐身性能，寿命费用降低至 25% ，零件数减少 40%~60% ，推重比提高 20%, 耐久性提高两倍，零件寿命延长 50% ．F119 上采用的先进技术有：三维粘性叶轮机设计方法，整体叶盘结构，高紊流度强旋流主燃烧室头部，浮壁式燃烧室结构，高低压涡轮旋向相反，整体加力式燃烧室设计，二元矢量喷管和第三代双余度 FADEC 等 .试车台上的F119收敛－扩张型尾喷管EJ2000 ：结构形式：双转子加力式涡轮风扇发动机推力范围：中间6000daN加力9000daN用途：欧洲战斗机EF2000结构与系统：风扇：3级轴流式，采用三维跨音速宽弦叶片，无进口导流叶片．压比约为4.0高压压气机：5级轴流式燃烧室：环型，蒸发式喷油嘴涡轮：单级轴流式低压涡轮＋单级轴流式高压涡轮加力燃烧室：燃烧和混合型，采用多根径向火焰稳定器尾喷管：全程可调收敛－扩张式控制系统：FADEC，具有故障诊断和状态监视能力装配EJ2000发动机的EF2000战斗机研制概况：EJ2000是欧洲四国联合研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机，用于欧洲四国联合研制的九十年代战斗机 EF2000．参加工作的有英国的罗 ? 罗公司，德国发动机涡轮联合公司，意大利菲亚特公司和西班牙涡轮发动机工业公司．1991年10月EJ2000原型机首次运转．在发动机的设计要求中，除了达到高推重比(10)和地耗油率外，特别强调高的可靠性，耐久性和维修性及低的寿命期费用．EJ2000发动机EJ2000全景图。
F100大战F110，第4代战机涡扇发动机，谁是史上最佳（下）
F100大战F110，第4代战机涡扇发动机，谁是史上最佳（下）F100进化论当普惠F100发动机于1972年随麦克唐纳·道格拉斯F-15A“鹰”式战斗机开始服役时，曾有人大胆地预测F100将成为西方最成功、最安全的第四代战斗机涡扇发动机，但很快就被现实打脸。
经过重重改进后的F100-PW-200终于堪用，该发动机正常干推力5634千克，最大军推6618千克，最大加力推力10782千克，大修间隔时间仅大约900个总累积循环（TAC）。
F-15E的换发作业不管怎样，F100在模块化设计和可维护性方面仍彻底改变了战斗机涡扇的设计。
F100是一种轴流式涡扇发动机，涵道比0.7，发动机为双转子结构，一根传动轴轴承载由两级涡轮驱动（两级高压涡轮和两级低压涡轮）的三级风扇，另一根轴承载由另两级涡轮驱动的10级压气机。
F100在设计上高度模块化，任何主要模块都被设计为可在基地而不是维修站进行拆卸和更换，其风扇、核心机、低压涡轮、尾喷管和附件机匣都可以分别拆卸和更换，而无需拆卸发动机的其余部分。
在忍受了F100的可靠性和耐久性问题近十年后，美国空军在1983年推出“替代战斗机发动机”计划，为F-15和F-16战斗机引入通用电气的F110作为替代发动机，这刺激了普惠研制出F100-PW-220改进型。
这款经过升级的发动机通过改进压气机的空气动力学特性、冷却效率以及更有效地将压气机引出的冷却空气输送到发动机热区，从而大大提高了可靠性、耐用性和稳定性，从根本上解决了发动机失速问题。
上述改进使F100-PW-220两次大修间隔提高到4300个总累积循环（TAC），相当于大约7年的运行时间。
发动机最大干推力和最大加力推力与-200保持一致。
F100-PW-220还引入了另一项旨在提高发动机的安全性和可靠性的重大升级，尽管该发动机保留了传统的液压机械控制系统作为备份，但引入了全新设计的数字电子发动机控制以及发动机诊断单元，能记录整个发动机性能数据，便于维护和故障排除。
F18战斗机
F-18“大黄蜂”战斗机（F-18 Hornet，编号亦作F/A-18）是美国诺斯罗普公司为美海军研制的舰载单座双发超音速多用途战斗第四代战斗/攻击机（国际第四代战斗机标准），它也是美国军方第一种兼具战斗机与攻击机身份的机种，基于这个原因，作为美国海军最重要的舰载机，F-18的用途广泛，它既可用于海上防空，也可进行对地攻击。
该机于1978年首飞，1983年进入美国海军服役，2006年7月28日F-14“雄猫”战斗机退役后，F-18成为美国航空母舰上唯一的舰载战斗机。
中文名称F/A-18 “大黄蜂”战斗攻击机英文名称F/A-18 Hornet Fighter/Attacker研制时间1978年11月18日服役时间1983年1月7日国家美国制造方麦道／波音／诺斯洛普公司乘员1人（A型/C型）；2人（B型/D型）产量1,458架以上目录1发展沿革2技术特点▪机载武器3性能数据4衍生机型▪F/A-18A“大黄蜂”▪F/A-18B“大黄蜂”▪F/A-18C“夜攻大黄蜂”▪F/A-18D“大黄蜂”▪F/A-18E/F“超级大黄蜂”▪F/A-18G“咆哮者”▪F-18 “沉默大黄蜂”5实战情况6装备情况7重要事件1发展沿革研发背景1975年1月13日，由诺斯罗普公司设计的YF-17在 ACF（（Aerial Combat Fighter，空战战斗机）项目中被对手通用动力的 YF-16 击败，F-18飞行图[1]原因是 YF-16 的速度比 YF-17 略快，且其安装的 F-100 发动机已被 F-15 采用，可降低维护费用。
YF-16 即是后来大名鼎鼎的 F-16 战斗机，产量超过4500架，至今仍未停产。
失去了美国空军 ACF 合同之后，诺斯罗普公司原本打算就此打住，但美国海军对新战机的需求又使 YF-17 获得了一线生机。
因为70年代初，“雄猫”项目遭遇研发困难，成本不断超支，于是美国海军启动了VFAX（Naval Fighter Attack Experimental，舰载战斗攻击机）项目。
从日本“心神第四代战斗机技术验证机看日本航空工业能力
从日本“心神第四代战斗机技术验证机看日本航空工业能力看气动布局：有明显三代机特征本刊记者（以下简称记）：我们知道世界上目前只有美、俄等少数几个国家已经研发或正在研发第四代战斗机，宣布公开四代机研制计划并制造出样机的国家也为数不多，日本算是这少数国家之一，您在以前本刊的采访中就曾说过，要评价一架飞机，首先要看的就是气动布局，那么日本“心神”战斗机从气动布局上讲有什么特点？您能否评价一下这架飞机的设计思路和水平？王正平教授（以下简称王）：其实，第四代战斗机在设计上，其气动布局都有一些共有的特点，具体到每架飞机上，则有各自一些特有的特点。
具体到“心神”上来讲，它实际上就是一架第四代战斗机的技术验证机，关于四代机所需要的高推重比矢量推力发动机技术、先进综合航电技术、先进气动布局技术以及材料技术，都需要在这样一个平台作为技术集成的对象体现出来，这样一来才能够集中验证和试验日本在先进战斗机领域究竟能做出什么样的东西，因此，它用于技术探索和验证的因素比较大，还是立足于验证四代机的核心技术。
当然，作为一架技术验证机，“心神”身上的确体现出了许多四代机的相关技术，从最初的第一印象来看，它好像的确是参照美国的第四代战斗机F-22来设计的，从日本人的思想定位上，也是这么认为的，就是设计一款第四代的具有隐身性能的空中优势战斗机，这种设计思路就决定了，“心神”在总体外形上一眼看去，跟目前其他三款四代机都很相似。
记：那么从具体的气动设计上来讲，比如“心神”的机头虽然有菱形的隐身设计，但机头总的看却相当修长，与机身整体比例明显比F-22看上去要长不少，有的人甚至认为它很像F-15的机头，您怎么看这个问题？王：仅从机头布局来看，“心神”与F-22相比，应该说还带有一点点三代机的特征，即显得稍微细长一些，可能更像是F/A-18“大黄蜂”，F-15的机头还是要更宽一些的。
从术语上来讲，就是长细比比较大，还是朝向三代机布局上靠，不光机头，机身也是如此。
从历代战斗机核心性能特征看未来六代机发展方向
从历代战斗机核心性能特征看经列装服役的仅有美国F-22/-35、俄罗斯苏-57三种机型。
这代飞机不仅飞行性能进一步提高，具备超声速巡航、超机动和高敏捷等特性，更重要的是拥有良好的隐身性能，由此在作战能力方面与上一代飞机拉开了巨大差距。
美《空军杂志》所提出的五代划分法中的历代战斗机代表机型在此划代方式中，最引人注目的是其中的三代机，这批飞机尽管型号众多、性能各异，但是从平台性能来看，它们都有一个共同特点，就是仍然在延续前两代战斗机对高空高速性能的追求（这之后的四代机则转向高机动）。
同时，这批飞机在气动布局、动力装置、航电系统等方面所采用的技术，也大致处于同一水平（四代机则在这些技术领域全面更新换代），因此将它们全部划归一代也并非说不过去。
根据该划代标准，欧洲台风、法国阵风、瑞典鹰狮、美国F/A-18E /F 超级大黄蜂、俄罗斯苏-35/米格-35等部分20世纪90年代后入役的战斗机，尽管与美国F-22同期研制，作战能力也较早期四代机明显提高，但与F-22为代表的五代机仍有着很大差距，尤其是不具备隐身这一核心性能特征，因而被认为比五代机所代表的技术层次低0.25—0.5代，为此专门为这些飞机设置了4+和4++（或称4.5、4.75）两个子代。
考虑到此划代标准公布时间较早，其中部分信息已略显过时，为此笔者对其做了一定修正完善，如下表所示。
在修正后的划代标准中，笔者参照四代机被细分为三个子代的做法，将其中的三代机也同样细分为3、3+、3++三个子代。
这主要是因为这代飞机在发展过程中，从平台性能来看仍表现出较为明显的阶段性：飞行速度由低超声速逐步提升到马赫数2以上，飞机平台由轻型制空/截击逐步转向中/重型多用途。
此外，这一时期出现的两种具备“双3”性能的高空高速截击/侦察机（美国YF-12/SR-71和苏联米格-25），由于飞行性能和功能用途均比较另类，笔者为其另外单独设置了一个子代。
历代战斗机核心性能特征分析历代战斗机都有各自众多性能特点，如果以对飞机作战能力提升的贡献大小以及具备该性能的技术门槛高低为标准，对其进行分类排序，可以发现每代战斗机都拥有一项比较特殊、最具标志性的性能特点，它对于本代战斗机代次地位的维持意义特别重大，我们可以将其称为核心性能特征（或代差特征、标志性性能特征）。
航空发动机结构..
典型军用涡扇发动机结构
EJ200涡扇发动机用于欧洲联合研制的90 年代战斗机EFA2000，为双转子加力式低涵 道比涡扇发动机，由三级风扇，五级高压压 气机、具有空气雾化喷嘴的环形蒸发燃烧室、 单级高低压涡轮、加力燃烧室和收敛-扩散式 可调喷口组成。整台发动机有5个支点，共用 两个滑油腔室，两个承力框架。
CFM56 发动机支承简图
两个转子支承于五个支点上，通过两个承 力框架将轴承负荷外传，是承力构件最少的 发动机。低压转子为0-2-1支承方案，高压转 子为1-0-1支承方案。高压转子后支点为中介 支点，支承在低压涡轮的后轴上，此种支承 方案的主要优点是结构简单，低压轴刚性好， 发动机性能保持好，重量轻，为许多军民用 发动机所采用 。
RB199发动机(装备狂风式战斗机)是军用 发动机中唯一采用三转子结构的发动机，由3 级风扇、3级中压压气机、6级高压压气机、 环形蒸发燃烧室、单级高、中压涡轮、2级低 压涡轮、加力燃烧室及可调收扩喷管等组成。 另外还装有反推力装置，以减小着陆时的滑 行距离。
RB199发动机结构图
RB199 三转子发动机支承方案简图
由于高压与中压转子长度相对较短，因此 均采用2支点支承方案，其中高压转子最短， 故采用1-0-1支承方案；在中压转子中，为缩 短2支点间距离，将3号支点置于中压压气机 之后，形成0-1-1支承方案。
Su-27的心脏А Л －31Ф 发动机
А Л －31Ф ，是由俄罗斯的“留里卡－土 星”航空航天发动机制造公司在1985年研制 的第四代单元体设计、推重比为8的涡轮风扇 发动机。该发动机有很高的可靠性及技术维 护性能。А Л -31Ф 发动机即使在今天，也是 世界上最好的航空发动机之一 。
EJ200 发动机结构图
代战斗机发动机的结构特点
J79 17 12
291.0
1.16
CF6-80C2 14 13
343.2
1.20
CFM56-3 9 12
392.2
1.3179
CFM56-5C 9 12.16 400.0
1.32
GE90
V2500 PW6000 PW8000
10 23
10 20 6 10.4 5 12
455.6
405
1.368
1.349(1.32) 1.477 1.6437
4. 高压比压气机
5. 弯曲静叶(高压压气机)
6. 浮壁式燃烧室
7. 气动式喷咀
8. 反转高、低压涡轮 9. 单级高温涡轮
10. 双重热处理涡轮盘 11. 矢量喷口
12. 阻燃钛合金 Alloy C：压气机机匣、加力筒体、 喷口调节片)
F119与F100比较
F100(上图)
F119(下图)
转子支承方案
• EJ200
2.2 欧洲
2.3 俄罗斯
3 第四代战斗机发动机的新结构技术
3.1 风扇 3.2 压气机 3.3 燃烧室 3.4 涡轮 3.5 加力燃烧室 3.6 喷管
F119 F135 YF120 F136 EJ200 M88 117S AL-41
3.1 风扇
3.2 压气机
• 普.惠的传统设计
JT9D、PW2000、PW4000、F100、V2500
转子支承方案
• GE公司的设计
F101、F110、F404、CFM56
YF120 (1)
变循环
可调外涵通道 (2级风扇后) 固定外涵通道 (1级HPC后) 可变面积的掺混器(LPT后)
YF120 (2)
战斗机的代次及特点
F-16 (1978)
歼-10
米格-29(1983)服役 Nhomakorabea服役 服役 服役 在研
5代
F-22 (2005) F-35 歼20 T-50
在研
第 1 代战斗机
米格-15
F-86
飞行马赫数=飞行速度 / 声速
飞行马赫数小于 1.0，为亚声速战斗机 涡轮喷气发动机为动力
第 2 代战斗机
米格-19
F-100
第 4 代战斗机
F-15(1974)
苏-27(1984)
飞行马赫数 = 2.1～2.3
采用推重比为8.0一级的涡轮风扇发动机
第 4 代战斗机
米格-29 (1983)
F-16(1978)
第 4 代战斗机
歼-10 （2006年列装）
苏-27 米格-29
1989年首次参加巴黎航展
引起轰动
第 4 代战斗机主要特点
机飞行速度超过声速，难度极大。
F-22巡航速度为声速的1.5倍左右。
第5代战斗机主要特点（4）
短距起飞着陆能力
矢量喷管
第 5 代战斗机主要特点（5）
内埋式武器舱
具有多目标攻击的能力
J-20内置武器
战斗机的 代次及特点
五代战斗机
（以喷气发动机为动力的战斗机）
1代 2代 3代
F-86 F-100 F-104 F-4 (60 初)
米格-15 (40年代末) 米格-19 米格-21 (50年代末) 米格-23 (70初) 苏-27(1984)
退役
服役 服役 服役
4代 F-15 (1974)
矢量喷管
用改变喷气方向来
改变推力方向的喷管
美国F22飞机发动机F119的资料
牌号F119用途军用涡扇发动机类型涡轮风扇发动机国家美国厂商普拉特•惠特尼公司生产现状研制中装机对象F-22。
研制情况F119是普•惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机，其设计目标是：不加力超音速巡航能力、非常规机动和短距起落能力、隐身能力(即低的红外和雷达信号特征)、寿命期费用降低至少25%、零件数量减少40～60%、推重比提高20%、耐久性提高两倍、零件寿命延长50%。
在8 0年代初确定的循环参数范围是：涵道比0.2～0.3；总增压比23～27；涡轮进口温度1649～1760℃；节流比1.10～1.15。
1983年9月，美国空军同时授予普•惠公司和通用电气公司金额各为2亿美元，为期50个月的验证机合同。
普•惠公司的PW5000是一种强调应用成熟技术的常规设计；而通用电气公司的GE37则是一种新颖的变循环发动机，其涵道比可在0～0.25之间变化。
后来，这两种验证机分别编号为YF119和YF120，并于1986年10月和1987年5月开始地面试验。
经过广泛的地面试验和安装在YF-22和YF-23上的初步飞行试验后，1991年4月，F-22/F119组合被选中。
据美军方有关人士谈到选择F119的原因时说，F120技术复杂，尚未经实际验证，因而研制风险较大，而且变循环设计也增加了结构和控制系统的复杂性和重量，因而维修比较困难，寿命期费用较高。
在选择时，风险和费用是主要考虑，技术先进性没有起到关键作用。
在此之前，F119已积累3000多地面试验小时，其中1500h带二元矢量喷管试验。
在F119上采用的新技术主要有：三维粘性叶轮机设计方法、整体叶盘结构、高紊流度强旋流主燃烧室头部、浮壁燃烧室结构、高低压涡轮转向相反、整体式加力燃烧室设计、二元矢量喷管和第三代双余度FADEC。
此外，还采用了耐温1070～1100℃的第三代单晶涡轮叶片材料、双性能热处理涡轮盘、阻燃钛合金Alloy C、高温树脂基材料外涵机匣以及用陶瓷基复合材料或碳-碳材料的一些静止结构。
航空航天技术概论知识点及题
第一章1.什么是航空？什么是航天？航空与航天有何联系？答：航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动，必须具备空气介质；航天是指载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或宇宙航行；航天不同于航空，航天器是在极高的真空宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。
但航天器的发射和回收都要经过大气层，这就使航空航天之间颤声了必然的联系。
尤其是水平降落的航天飞机和研究中的水平起降的空天飞机，它们的起飞和着陆过程与飞机的非常相似，兼有航空和航天的特点。
航空航天一词，既蕴藏了进行航空航天活动必须的科学，又饱含了研制航空航天飞行器所涉及的各种技术。
从科学技术的角度看，航空与航天之间是紧密联系的。
2.航空器是怎么分类的？各类航空器又如何细分？航空器在空中的飞行必须具备动力装置产生推力或拉力来克服前进的阻力。
根据产生升力的基本原理不同，航空器分为轻于(或等于)同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器两大类；轻于空气的航空器包括气球和飞艇，它们是早期出现的航空器。
重于空气的航空器有固定翼航空器、旋翼航空器、扑翼机和倾转旋翼机。
固定翼航空器又分为飞机和滑翔机。
旋翼航空器又分为直升机和旋翼机3.航天器是怎么分类的？各类航天器又如何细分？1航天器是指在地球大气层以外的宇宙空间，基本按照天体力学的规律运动的各类飞行器，又称空间飞行器，航天器分为无人航天器和载人航天器；2无人航天器可分为空间探测器和人造地球卫星，人造地球卫星按照卫星的用途，可分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。
空间探测器又可分为月球探测器、行星和行星际探测器载人航天器可分为载人飞船、空间站、航天飞机和空天飞机。
4.战斗机是如何分代的？各代战斗机的的典型技术特征是什么？从上世纪四十年代中期出现了以喷气式发动机为动力的战斗机出现后，按时代特别按其技术水平将各种战斗机分为了三代，目前正在发展第四代战斗机。
第一代超音速战斗机其中的典型型号有美国的F-100和苏联的米格-19。
发动机科普知识
发动机科普知识（1）：动力是实现机械飞行的基本要素重于空气的东西能不能飞起来呢？回答是肯定的，但前提是必须有机翼和发动机。
机翼用于提供升力，其原理如下：一定速度的空气流到机翼前缘，分成上、下两股，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新会合向后流去。
从机翼剖面形状可以看出，机翼上表面作成向上突出的曲线，而下翼面作成直线。
显然，空气在上翼面流经的路程要比在下翼面流经的路程长，因此在上翼面的空气被迫以较快的速度流过。
亦即气流流过机翼时，沿上翼面的流速快，沿下翼面的流速慢。
根据物理学中的柏奴利定律，流速快的地方压强低，反之，流速慢的地方压强高。
这样，由于流过机翼上、下翼面的气流流速不一致，使作用在机翼上、下翼面上的压强不一致（下翼面压强大、上翼面压强小）而产生了向上的力—升力。
显然，只要机翼与空气之间有相对运动，空气就能对机翼提供升力。
而要保持机翼与空气的相对运动，就必须有持续的推动力来克服空气阻力，也就是必须要有提供动力的发动机。
早在19世纪初，英国科学家乔治·凯利爵士根据此现象指出：所谓机械飞行就是对一块平板提供动力，使它能在空中支持一定的重量。
1810年乔治·凯利爵士在英国的《自然哲学、化学和技艺》杂志上发表了著名论文“论空中航行”，他奠定了固定翼飞机和旋翼机的现代航空学理论基础，提出了重于空气飞行器的基本飞行原理和飞机的结构布局，被看成是现代航空学诞生的标志。
由于凯利在飞行原理方面的巨大贡献，被后人尊称为“空气动力学之父”。
（2）：带动力的浮空器-飞艇飞艇是一种轻于空气的浮空器，与气球类似，都有充满轻于空气气体的气囊并因此产生上升浮力。
它们的不同点在于，气球没有动力装置实现飞行，也没有操纵舵面实施有控飞行，只能听任自然风摆布；飞艇虽然也是靠空气浮力升空，但它配置有发动机、空气螺旋桨(或其他类推进器)、操纵面，能实现有动力推进和可操纵、控制的飞行。
因此，飞艇的诞生是人类在气球基础上作浮空飞行的一个重大进步和突破。
航空发动机结构设计分析
航空发动机结构设计分析作者：胡佳锐来源：《中国科技博览》2018年第31期[摘要]本文针对航空发动机结构设计展开分析，思考了航空发动机结构设计的具体的要求和具体的思路，并针对航空发动机结构设计的重点工作进行了分析和总结，供今后参考。
[关键词]航空发动机，结构设计中图分类号：V235.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0273-01前言随着我国航空事业的发展和进步，航空发动机结构设计也越来越重要，我们必须要提高航空发动机结构设计的质量，才能够更好的提升航空发动机的使用效果。
1、航空发动机发展概述由于航空发动机的高技术、高投入、长周期、高风险等特点，行业进入门槛很高，全球范围内航空发动机经过多年的发展，已呈现出典型、明显的寡头垄断格局。
世界航空发动机发展上百年来，经历了诸多技术突破和行业变革，从军事到民用，航空发动机的发展取得了长足进步，活塞、涡轮、冲压等发动机相继问世，其中燃气涡轮发动机成为当前应用最广泛的航空发动机。
目前，世界主要国家的航空发动机的发展已相当成熟，其发展现状、趋势及发展经验，对我国航空发动机的发展具有重要的参考和借鉴意义。
2、先进航空发动机关键设计制造技术发展现状与趋势2.1 轻量化、整体化新型冷却结构件设计制造技术2.1.1 整体叶盘设计制造技术整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的关键部件，通过将传统结构的叶片和轮盘设计成整体结构，省去传统连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置，结构重量减轻、零件数减少，避免了榫头的气流损失，使发动机整体结构大为简化，推重比和可靠性明显提高。
在第四代战斗机的动力装置推重比10发动机F119和EJ200上，风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构，使发动机重量减轻20%～30%，效率提高5%～10%，零件数量减少50%以上。
目前，整体叶盘的制造方法主要有：电子束焊接法；扩散连接法；线性摩擦焊接法；五坐标数控铣削加工或电解加工法；锻接法；热等静压法等。
第四代战斗机 简介
第四代战斗机百科名片第四代战斗机第四代战斗机是目前正在研制的最先进的战斗机，它的技术战术指标是根据现代高技术局部战争的实战经验提出的。
现代战争已经由过去的单一兵器的对抗转变为海、陆、空军三位一体全方位的较量，而其中最重要的则是制空权的争夺。
目录概述代表机型和战斗机分代1：亚音速战斗机2：强调超音速性能的战斗机其他相关第一、二、三、四代战斗机的概况区别第一代第二代第三代第四代中国第四代战斗机相关报道节目实录中国四代战斗机-歼20概述代表机型和战斗机分代1：亚音速战斗机2：强调超音速性能的战斗机其他相关第一、二、三、四代战斗机的概况区别第一代第二代第三代第四代中国第四代战斗机相关报道节目实录中国四代战斗机-歼20展开编辑本段概述由于通讯手段和电子雷达、预警设备的发展，使现代战争的战场空前扩大，为了适应这一变化，飞机的作战半径也应该相应增加，为此对第四代战斗机提出了超音速巡航的要求；而为了应对敌方强大的电子雷达系统和防空导弹的威胁，飞机具有隐身能力也是必不可少的；隐身无疑提高了飞机的生存率。
综合起来对第四代战斗机往往要求具有下列战术技术性能：第四代战斗机第四代战斗机的标准通常称为4S标准，因为这四个标准的英文单词都以S开头，即Super ManeuverabilitySuper Sonic CruiseStealthSuperior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness翻译成中文就是―超机动性‖、―超音速巡航‖（某些翻译为不开加力都超音速巡航，实际上是多余的，因为战斗机巡航状态一般不用加力，加力一般用于对空格斗冲刺等任务）、―隐身能力‖和―高级战役意识和效能的航空器‖（直译）。
关于Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness国内有一些译作―高可维护性‖，―超视距打击‖等等。
按照F-22的制造商洛克希德马丁公司的官方文档（http://www.lockheedmartin. com/data/assets/corporate/press-kit/F-22-Brochure.pdf）的解释，更倾向于解释为―高信息优势‖，也就是―网络中心战‖。
第四代战机
第四代歼击机的航空电子系统歼击机是实施空中打击的重要作战平台,其性能水平的高低代表了一个国家的国防实力。
世界主要国家都非常重视歼击机的发展,争相投巨资开发研制新一代歼击机。
预计在未来20年内,各军事强国将相继装备第四代歼击机或具有第四代歼击机部分特征的新型歼击机。
第四代歼击机的主要特征是,具有超声速巡航能力、良好的隐身和短距起降性能、超视距和多目标攻击能力、高机动性和敏捷性,以及多任务、大载荷、远航程、高可靠和可维修性。
歼击机的作战效能与机载航空电子系统(avionics systems)的技术水平密切相关,也可以说,机载航空电子系统的技术水平标志着战斗机的先进程度。
世界主要军事大国在发展先进作战飞行平台的同时,尤其注重发展作战飞行平台上用于夺取信息优势的电子信息装备,第四代歼击机航空电子系统正是紧紧围绕着综合化和信息化这两条主线而不断发展的。
美国的F-22和F-35歼击机是世界上第四代歼击机的典型代表,本文将以它们为例,对第四代歼击机航空电子系统的技术和结构特点及主要技术加以分析。
四代机航空电子系统的技术特点航空电子系统是由各种机载信息采集设备(传感器/数据链)、信息处理设备、信息管理和显示控制设备以及相应软件组成的网络。
随着飞机的发展,机载航空电子系统分系统和设备的数量不断增多,大体经历了分立式航空电子系统、联合式航空电子系统、综合航空电子系统、先进综合航空电子系统等几个发展阶段。
F-22飞机采用的是综合航空电子系统,其主要技术特点是:系统高度综合化信息对抗归根到底是电磁频谱的对抗。
随着电磁对抗频谱的扩展,现代战斗机的航空电子设备不断增加,而飞机的安装空间和布局方式又受到严格限制,因此,对相关电子设备进行综合,以充分利用资源的航空电子系统综合化设计思想就被提了出来。
综合化设计不但可以在简化设备、节省安装空间、减轻战斗机负荷上取得显著效果,还可使不同设备、不同频谱的信息实现最优综合、融合和无缝链接。
航空发动机涡扇叶片及其成形工艺
航空发动机涡扇叶片及其成形工艺涡扇发动机具有耗油率低、起飞动力大、噪音低和迎风面积大等特点。
60年代中期，它只应用于客机和轰炸机，当时人们普遍认为，它很难在高速歼击机上应用。
自70年代以来，带加力的高推比涡扇发动机的相继问世，使战斗机的性能提高到了一个新的水平，从而彻底改变了人们对涡扇发动机的偏见。
90年代中期，又为第四代战斗机成功研制了推重比10带加力的涡扇发动机。
与此同时，为满足发展巨型、远程运输机、宽机身客机的需要，国外先进的发动机厂家又研制成功了大推力、低耗油率、大流量比的涡扇发动机。
时至今日，涡扇发动机已是应用数量最多、范围最广和最有发展前景的航空发动机。
风扇叶片是涡扇发动机最具代表性的重要零件，涡扇发动机的性能与它的发展密切相关。
初期的风扇叶片材料为钛合金，具有实心、窄弦、带阻尼凸台结构。
现今，风扇叶片在材料、结构方面已改进许多。
为了增强刚性，防止振动或颤振，提高风扇叶片的气动效率，用宽弦结构代表了窄弦、带阻尼凸台结构；为了减轻重量，用夹芯或空心结构取代了实心结构；为了增大流量比，提高大推力涡扇发动机推进效率，风扇转子直径已增大到了3242mm，风扇叶尖速度已高达457m/s。
而这些材料新、叶身长、叶弦宽、结构复杂的风扇叶片的成形工艺是非常复杂的。
因此，风扇叶片的成形工艺始终是涡扇发动机的关键制造技术之一。
1早期风扇叶片早期风扇叶片为大尺寸实心结构，为防止共振及颤振，它的叶身中部常带有一个阻尼凸台(又称减振凸台)。
所有叶片的凸台连成一环状，既增强了刚性又改变了叶片固有频率，减小了叶根弯曲和扭转应力。
阻尼凸台接合面喷涂有耐磨合金，当叶片振动时，接合面相互摩擦可起阻尼作用。
阻尼凸台一般位于距叶根约整个叶片长度的50%～70%处。
阻尼凸台的存在带来一系列问题，如：由于它的存在及它与叶身连接处的局部加厚，使流道面积减少约2%，使空气流量降低，造成气流压力损失，使压气机效率下降，发动机耗油率增加；增加了叶身重量，使叶片离心力负荷加大；使叶片制造工艺更加复杂。
美国武器装备大全(空军篇)
美国武器装备大全（空军篇）各位朋友们续美国武器装备大全（陆军篇）后空军篇来了空军篇将比陆军篇更为精彩。
美国空军武器分类：战斗机轰炸机侦察、运输机直升机电子战机。
美国猛禽战斗机小宇宙S/rose[383230383] 2005-09-15 21:22题目：Re:美国武器装备大全（空军篇）下面介绍：★战斗机★小宇宙S/rose[383230383] 2005-09-15 21:25题目：Re:Re:美国武器装备大全（空军篇）F-14重型战斗机F-14是为美国海军研制的双座超音速舰载多用途重型战斗机，主要任务是护航、舰队防空以及遮断和近距空中支援。
该机采用双发双垂尾变后掠中单翼气动布局，机翼的后掠角可在20度-68度范围内自动调节，有很好的低速和高速性能，全金属半硬壳式机身，广泛采用钛合金，部分采用硼复合材料。
该机有F-14A、F-14B、F-14D以及RF-14A（侦察型）等改型。
动力装置早期装两台TF30-P412涡扇发动机，自1986年起采用通用电气公司的F110-GE-400涡轮风扇发动机，单台加力推力124.5千牛。
主要机载设备休斯公司的AN/AWG-9脉冲多普勒雷达，可截获120-315千米内的空中目标，同时跟踪24个目标和攻击其中的6个目标。
F-14D上约60%的模拟式设备换成了数字式，并安装了新型的AN/APG-71雷达，具有单脉冲角度跟踪、数字式扫描控制、目标识别和空战效果评价能力。
武器1门M61A1“火神”20毫米六管机炮。
可挂4枚AIM-7E/F“麻雀”导弹加4枚AIM-9G/H“响尾蛇”空空导弹，或同时挂6枚AIM-54A“不死鸟”远距空空导弹加2枚“响尾蛇”导弹。
重量及载荷最大起飞重量33724千克，设计着陆重量23510千克，可用燃油重量(机内)7348千克,(副油箱)1638千克,最大外挂武器载荷6577千克。
性能数据最大平飞速度（高度12200米）M2.34，（海平面）M1.2，巡航速度741-1019千米/小时，最大爬升率大于152米/秒，实用升限大于15240米，最小起飞距离427米，最小着舰距离884米，最大航程约3220千米。
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传统的风扇叶片
叶身带中间突肩 作用： 作用： 振动、 振动、FOD 相互抵紧形成一环
风扇叶片
带凸肩叶片
问题
制造 强度 性能
宽弦风扇叶片
采用宽弦解决抗 FOD、振动 、 采用空心或复合 材料以减重 材料以减重 GE90 复合材料 RB211-535E4 蜂窝芯 TRENT DB/SPF PW4084、F119 铣槽 、
大小叶片
阻燃钛合金
• 钛合金着火问题严重，阻碍了在高压压气 钛合金着火问题严重， 机机匣上采用钛合金 • 钛合金中含 量大于 钛合金中含V量大于 量大于25% 、含Cr量大于 量大于 15%时有较好的阻燃性能 时有较好的阻燃性能 • Alloy C (Ti-35V-15Cr) 在F119上应用 上应用 • R.R公司正在发展价廉的 公司正在发展价廉的 Ti-25V-15Cr-2Al (621所参加 所参加) 所参加
（3）压气机
高级压比的压气机
典型压气机主要参数
叶尖线速m/s 平均级压比 发动机 级数 增压比 叶尖线速 J79 CF6-80C2 CFM56-3 CFM56-5C GE90
V2500 PW6000 PW8000
17 14 9 9 10
10 6 5
12 13 12 12.16 23
20 10.4 12
前、后掠风扇叶片
• TRENT 8104
TRENT 8104
TECH56
F119 复合材料风扇机匣
外环、内毂、 外环、内毂、叶型支板模塑 成一整体采用树脂传递成型法 RTM, 通道表面光滑且满足尺寸 要求 重量比钛制轻6.75kg 重量比钛制轻
包容环
多层 Kevlar 条带缠绕在 铝制薄机匣 上，外围以 环氧树脂。 环氧树脂。
HPC静叶 静叶 不对称排列(PW4084)
整体叶环
BLING=BLADE+RING
重量
常规 100%
Blisk 50%
Bling 30%
整体叶环
受环强度限制 只能用金属基复 合材料制造 钛基复合材料的 整体叶环(R.R) 整体叶环
刷式封严(刷封 刷式封严 刷封) 刷封
接触式封严 封严效果好 • 能保持长期工作 • 用于 用于HPC后发动机性能提高～2% 后发动机性能提高～ 后发动机性能提高
1.3 先进航空发动机技术的发展趋势
• 上世纪80年代末，美国IHPTET计划， 2005年结束 • 本世纪初，美国VAATE计划，至2017年 • 欧洲： • 俄罗斯：
IHPTET计划
VAATE计划
未来战斗机？
• 是否会继续研制发展类似第三、第四代 喷气式战斗机的下一代有人驾驶先进战 斗机，不得而知 • 无人战斗机备受关注 • 美国： • 欧洲：
欧洲
• 之前主战机种以美国F-4, F-5为主，有法 国幻影系列，瑞典 • 联合研制狂风，法国幻影2000，瑞典 • RB199, M53
苏联/俄罗斯
• 冷战时期，与美国抗衡，先进战术战斗 机（重，轻） • RD-33, AL-31F • RD-33M, RD-93, RD-133 • AL-31FN, AL-31FP, 超塑性成型 (DB/SPF)宽弦风扇叶片 宽弦风扇叶片 带蜂窝芯 的宽弦风 扇叶片
圆弧形榫头、 圆弧形榫头、榫槽
GE ： TF39、CF6、F101、 、 、 、 F404、F110 、 PW： F100-PW-229、80中民 ： 、 中民 R&R: EJ200 (RB199无） 无 SNECMA：M88 ：
F119与F100比较
F119的某些特点 的某些特点
1. HPT用中介轴承支承于 用中介轴承支承于LPT (PW6000) 用中介轴承支承于 2. 空心宽弦风扇叶片 3. 整体叶盘 凤扇、压气机 整体叶盘(凤扇 压气机) 凤扇、 4. 高压比压气机 5. 弯曲静叶 高压压气机 弯曲静叶(高压压气机 高压压气机) 6. 浮壁式燃烧室 7. 气动式喷咀 8. 反转高、低压涡轮 9. 单级高温涡轮 反转高、 10. 双重热处理涡轮盘 11. 矢量喷口 12. 阻燃钛合金 Alloy C：压气机机匣、加力筒体、 ：压气机机匣、加力筒体、 喷口调节片) 喷口调节片
欧洲
• 80年代初，欧洲（包括法国）计划联合 研制EFA2000，后法国退出独立研制阵 风，英、德、意、西联合研制EF2000 • 英、德、意、西联合研制EJ200发动机 • 法国独立研制M88发动机，M88-2 • 与美国F119、F135、F136有差距
俄罗斯
• 为与美国抗衡，上世纪90年代，验证机 Su-47金雕，MIG 1.44 • 联盟发展，土星发展AL-41 • 以Suhoi为主，研制第四代（俄称第五代） 战斗机PAK FA，又拉印度加入 • AL-41F，发展不顺利，中期以117S （AL-31F的重大改型）进行试飞
RB211-524G/H
涡 轮
遄达高压涡轮工作叶片
涡 轮
RB211-524G
高压涡轮工作 叶片根部的 减振块
（6）矢量喷管
F119的二维 矢量喷管 的二维
（7）特殊结构
齿轮传动的 涡轮风扇发动机
PW8000
115～162 kN ～ 减速器 高压比高压压气机 (5级 12 1.6437) 级数少 1+3+5--１-1+3 级 １
F119与F100比较
F100(上图 上图) 上图
F119(下图 下图) 下图
转子支承方案
• 普.惠的传统设计 惠的传统设计
JT9D、PW2000、PW4000、F100、V2500 、 、 、 、
转子支承方案
• GE公司的设计 公司的设计
F101、F110、F404、CFM56 、 、 、
• EJ200
2.3 俄罗斯
3 第四代战斗机发动机的新结构技术
3.1 风扇 3.2 压气机 3.3 燃烧室 3.4 涡轮 3.5 加力燃烧室 3.6 喷管
3.1 风扇
F119 F135 YF120 F136 EJ200 M88 117S AL-41
3.2 压气机
（2）风扇
齿轮传动的 涡轮风扇发动机
传递功率 23860 kW 减速比 1/3 D 0.457m W 640kg(0.98 kg/100马力 传动效率 0.99.5 马力) 马力 投资3.5亿美元 投资 亿美元
某些特殊结构 (1)
焊接的双幅板 涡轮盘
端 部 弯 曲 叶 片
整体叶盘
BLISK=BLADE+DISK
特点
去掉榫根 盘缘减短 重量降低 零件数减少 消除榫槽漏气 消除榫槽与 榫根间磨蚀
整体叶盘
• • • • 加工方法 五座标数控铣削 电化学加工 ECM 电子束焊 线性摩擦焊 LFW
整体叶盘
线性摩擦焊LFW加工整 加工整 线性摩擦焊 体叶盘
1.2 第四代战斗机发动机的发展现状
• 始于上世纪80年代初，苏联第三代战斗机开始 服役，美国为领先苏联，开始下一代战斗机发 动机研制 • 欧洲：合作研制欧洲战斗机EF2000台风, 法国 独自研制阵风 • 俄罗斯第四代战斗机的起步较晚，上世纪90年 代以来，Su-27的改进改型：Su-30，Su-33， Su-34，Su-35，验证机：Su-47，MIG1.44，现 在与印度联合研制PAK FA
2 第四代战斗机发动机的总体特点
2.1 美国 F119、F135、YF120、F136 2.2 欧洲 EJ200、M88 2.3 俄罗斯 AL-41、117S
2.1 美国
F-22用发动机
F119-PW-100
• • • • • • 35 总压比 ~0.2 涵道比 涡轮前燃气温度 ~1850~1950 K 3+6___1+1 反向转动的双转子 157.5 kN 推力 10.0 推重比
燃烧室 浮壁式火焰筒
（F119、V2500） 、 ）
燃烧室 铸造多孔火焰筒 GE90
GTD 222精铸 精铸 激光打斜孔
燃烧室
燃烧室
气动式喷咀
层板冷却
（5）涡轮
涡 轮
复合倾斜的导向叶片 单晶或定向结晶叶片 复杂的冷却结构 粉未冶金的轮盘 双重热处理的轮盘
涡轮
复杂的冷却结构 高、低压空气进入 带篦齿与肋条的冠
整体叶盘
整体叶盘
应用情况
• • • • • • • • EJ200 第3级风扇 第1级高压压气机 级风扇, 级风扇 级高压压气机 F414 2、3级风扇，1、2、3级高压压气机 级风扇， 、 、 级高压压气机 、 级风扇 F414改进型 全部 6 级高压压气机 改进型 F119 三级风扇、六级高压压气机全部 三级风扇、 BR715 二级增压压气机 F110-GE-129R 三级宽弦风扇全部 F100-PW-229A 2、3级宽弦风扇 、 级宽弦风扇 F110-GE-132(142 kN) 三级宽弦风扇全部
刷式封严
压气机工作 叶片叶尖处 所用的刷封 (IHPTET)
（4）燃烧室
双环腔燃烧室( 双环腔燃烧室 GE90)
起动-慢车 起动 慢车 低 CO/HC 大于慢车 低 NOX、烟 、 低污染
燃烧室 分级燃烧室
罗.罗、普惠公司 罗
燃烧室
内、外机匣 连同带叶栅 的扩散器整 体铸出 GE：CF6-80C2 ：
美国
• 美国ATF计划（先进战术战斗机）：超 音速巡航，非常规机动、短距起落，隐 身，加力推重比提高20％ • YF119（胜出）, YF120（失败） • F/A-22，太昂贵，又发展JSF（F-35） • F135, F136（备用发动机） • F136前途未卜，2009年5月，奥巴马及国 防部长盖茨不支持F136
第四代战斗机发动机结构特点
提 纲
1 战斗机发动机发展现状及趋势 2 第四代战斗机发动机的总体特点 3 第四代战斗机发动机的新结构技术