第四期：畅想未来发动机

    航空发动机是航空器的心脏，航空发动机的性能直接决定了航空器的品质。近年来以GE、普惠和罗罗为主的多家航空发动机厂商开始了对新型高性能发动机的合作研究。不仅仅是针对军方使用的发动机和科研发动机，民航发动机的研究也进入了高潮。降低耗油量，采用新能源技术，提高发动机的推力以及降低噪音和对坏境的污染已经成为了各大发动机厂商研究的核心和重点。

    1 脉冲爆震发动机

脉冲爆震发动机(PDE)是以汉弗莱（Humphrey）循环原理工作，是一种定容的燃烧过程，利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机。爆震燃烧产生的爆震波使可爆燃料的压力、温度迅速升高（压力可高达100个大气压，温度可达2000℃）。因此，爆震燃烧的发动机可以不用传统的压气机和涡轮部件就达到对气体进行压缩的目的，使结构大大简化，成本大大降低。它没有普通发动机的叶轮机械，只是由进气道、爆震室和尾喷管组成。脉冲爆震发动机的工作由高频率的爆震循环组成，每个循环包括进气、喷油、点火、燃烧及排气。与传统的航空推进系统相比，它具有许多优点：

1、 结构简单，无涡轮等旋转部件，尺寸小，不大于2米。

2、 性能优越、适用范围广、可在零速度下使用。PDE的推重比可达20，M数范围0~10，飞行高度范围0~50km，推力范围0.5kg~50000kg，耗油率小于1kg/kgoh。

3、 成本低，PDE可采用现有材料和用现有工艺生产。PDE的成本可比超音速涡轮发动机价格便宜75%。

    脉冲爆震发动机将广泛应用于无人机、靶机、战斗机、高超声速隐身侦察机、战略飞机(3Ma，高度16km)、远程导弹，以及空间和大气飞行器。20世纪80年代开始，美国等西方国家和俄罗斯开始研究脉冲爆震发动机,据称已取得重大进展。近年来我国的脉冲爆震发动机研究也取得重大突破，有些技术还独具特色。

    2 智能发动机

航空发动机的智能化是业界研究的普遍课题，智能化的体现主要在于对航空发动机控制方面的提高。新一代的航空发动机几乎都使用了FADEC全权限数字控制。智能发动机将是在现有技术进行更深入的提高。

智能发动机就是能够在整个寿命期内，通过智能控制系统，根据外部环境和自身状态，重新规划、布设、优化、控制和管理自身性能、可靠性、任务、健康等状况的发动机。具体地讲，就是指发动机主动控制系统和健康管理系统能够依靠传感器数据和专家模型全面了解发动机和(或)部件的工作环境与发动机状态，调整或修改发动机的燃油流量和空气流量等，实现对发动机性能和状态的主动和自我管理，并根据环境因

素平衡任务要求，提高发动机的性能、可操纵性和可靠性，延长发动机的寿命，进而改善发动机的耐久性和经济可承受性。

其研究工作始于20世纪80年代，美国航空航天局（NASA）开展的可重复使用的空天推进系统的研究。90年代末，NASA实施的超级高效发动机（UEET）计划的7大技术领域之一就是推进系统智能控制，其目标是着重探索、开发和验证叶轮机、燃烧室部件和发动机系统级的智能控制技术，延长发动机部件寿命、提高发动机的安全性，使推进系统得到前所未有的增益。

智能发动机关键技术有：

1、 压气机、燃烧室、间隙和振动等的主动控制以提高性能。

2、 带有专门诊断传感器的精确的实时性能和寿命模型，以实现自动故障诊断和维修预报。

3、 信息融合技术，能够在问题出现时及时发现，根据余度信息作出正确决策，允许所有用户接近。

    可以预见智能发动机将渐行渐近，其发展和应用前景非常广阔。

    3 燃料电池发动机

NASA预测，21世纪的航空推进系统将从今天单纯依靠化学燃烧的能源逐渐转向采用混合能源，最后将转向大部分依赖基于电化学能源。燃料电池发动机将燃料的化学能直接转变为电能，通过电动机驱动飞行器的螺旋桨或悬翼。燃料电池由燃料(烃类、天然气、氢、甲醇等)、氧化剂、电极、电解液以及控制系统组成。燃料电池的工作原理与一般电池类似，都是通过电极上的氧化－还原反应使化学能转变为电能。燃料电池的效率达到内燃发动机的两倍以上。它们的区别在于一般电池的反应物质是预先放在电池里的，消耗完之后电池就不能继续供电；而燃料电池的反应物质(燃料和氧化剂)放在电池之外，连续输入到电池中，燃料电池就源源不断地发出电来。

2002年8月21日，美国NASA展出了一架重约150kg、由燃料电池驱动的电动飞机样机。2002年11月，采用燃料电池和普通蓄电池的飞机开始试飞。毋庸置疑，在不久的将来，以基于燃料电池的混合推进为动力并最终实现全电力驱动的飞机一定会出现。

东航机务茶社温馨提示：

    本期航空小知识是近期推出的“飞机的心脏——航空发动机”系列知识的介绍的最后一期，感谢大家的阅读，更多更新的航空资讯敬请留意东航机务茶社航空小知识板块！

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