短距起飞/垂直降落战斗机发动机发展及关键技术分析
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垂直起降技术对动力系统的要求垂直起降技术是航空领域中一项极具挑战性和实用性的技术,它使得飞行器能够在不需要长跑道的情况下,实现垂直起飞和降落。
而要实现这一技术,动力系统起着至关重要的作用。
首先,垂直起降技术对动力系统的功率输出有着极高的要求。
在垂直起飞阶段,飞行器需要克服自身的重力,同时产生足够的升力来实现垂直上升。
这意味着动力系统必须能够在短时间内提供巨大的功率。
相比传统的固定翼飞机,其所需的功率往往要高出数倍甚至更多。
为了满足这样的功率需求,通常需要采用高性能的发动机,如涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机或者是新型的电动发动机等。
这些发动机不仅要有高功率输出,还需要具备良好的可靠性和耐久性,以确保在频繁的垂直起降操作中能够稳定运行。
其次,动力系统的重量和体积也是一个关键因素。
由于垂直起降飞行器的空间有限,动力系统的尺寸和重量必须尽可能地紧凑和轻量化。
过重或过大的动力系统会增加飞行器的整体重量,从而影响其飞行性能和有效载荷。
因此,在设计动力系统时,需要采用先进的材料和制造工艺,如使用高强度的轻质合金、复合材料等,同时对发动机的结构进行优化设计,以减小其体积和重量。
再者,动力系统的燃油效率或能源利用率也至关重要。
对于使用燃油的发动机,高燃油效率可以延长飞行器的航程和续航时间。
而对于电动动力系统,高效的能源利用意味着能够减少电池的重量或者增加飞行器的运行时间。
为了提高燃油效率或能源利用率,需要对发动机的燃烧过程进行优化,采用先进的燃油喷射技术或者提高电动系统的能量转换效率。
垂直起降技术还要求动力系统具备快速响应能力。
在垂直起降过程中,飞行器的姿态和飞行状态变化迅速,动力系统需要能够根据飞行员的操作指令,迅速调整功率输出,以实现平稳的起飞、悬停和降落。
这就要求发动机的控制系统具有高度的灵敏性和精确性,能够在瞬间对各种变化做出准确的响应。
另外,动力系统的散热问题也不容忽视。
在高功率输出的情况下,发动机产生大量的热量,如果不能及时有效地散热,将会影响发动机的性能和寿命,甚至可能导致故障。
这篇论文的目的是对普惠公司F135-PW-600燃气涡轮发动机进行评估,这种发动机已经在洛克西德马丁公司的单发超音速战斗机F35闪电II上安装和测试,尤其是在其短距起飞/垂直降落的F-35B 上。
这种变循环推进系统的创新之处在于以下方面,一部分是在巡航发动机上,这种发动机除了用于常规的向前直飞以外,在驾驶室后面还包含了一个升力风扇,它是用于短距起飞/垂直降落的。
因此,发动机的工作状态也因此而改变,把一部分喷气推力转化成轴功。
对于巡航飞行状态,升力风扇是断开的,发动机的工作状态变为只产生喷气推力,而不产生轴功。
发动机此时的工作状态和传统的混合排气的涡扇发动机相同。
评估结果依次用发动机的性能来展示。
我们已经对两个不同的设计点(一个是用于巡航状态另一个是用于垂直升力状态)的性能进行了测试,并且也对非设计点的性能进行了模拟。
更进一步地,我们试着将这种先进的动力装置和目前正在使用的发动机(F110)进行对比,来证实这种动力装置在技术上的进步。
总的来说,这种能产生垂直升力的装置——升力风扇的初步设计已经开始,设计是通过应用来自于短距起飞/垂直降落设计点的研究而得到的设计参数。
最后,由于离合器装置(连接巡航发动机和升力风扇)的可靠性在短距起飞/垂直降落的F135发动机中极为重要,我们已经分析了它的操作原理,也检查了很多能导致整个装置潜在失效的因素,并且提出了解决方案。
我对我的论文导师Pericles Pilidis的帮助和指导表示感谢,在一年的项目工作中给予我必要的鞭策;也对克兰菲尔德大学的推进及动力工程学院表示感谢,他们为我提供了所有的必需的工具,并且支持我完成这篇论文。
我也对我所有的111Combat Wing发动机维修部的同事们表示感谢,十年前,正是他们介绍我到燃气涡轮发动机这个迷人的世界里,自那时一来,这里就像我第二个家一样,我会永远分享他们的知识和友谊。
我还要对我的父母表示感谢,自从我小时候起,他们就一直启发我,指导我,给予我情感上的支持,这是一种榜样。
垂直起降战斗机原理
垂直起降战斗机是一种可以在起降阶段进行垂直运动的战斗机。
这种飞机的原理基于喷气推进技术和矢量推力技术。
首先,垂直起降战斗机使用喷气推进技术,即通过喷气推进器产生高速的气流,提供飞机所需的推力。
这种喷气推进器通常被称为垂直推力发动机,能够产生足够的推力使飞机在空中起飞和降落。
其次,垂直起降战斗机还利用了矢量推力技术。
这种技术通过改变喷气推进器的喷气方向,使得喷气的力量能够产生向上或向下的推力,从而实现垂直运动。
一般而言,垂直起降战斗机配备了可调节喷管或矢量喷口,能够根据飞行员的需求将喷气推力以不同方向进行调整。
在起飞过程中,垂直起降战斗机将喷气推力朝下方进行调整,使得喷气推力产生向上的垂直推力,从而使飞机能够垂直起飞。
在降落过程中,飞机可以通过调整喷气推力的方向和强度,使飞机以垂直的姿态安全降落到陆地或航母上。
总的来说,垂直起降战斗机利用喷气推进技术和矢量推力技术实现了在起降过程中的垂直运动。
这种技术使得垂直起降战斗机具备了在狭小空间内进行起降的能力,提高了飞机的灵活性和作战效能。
E valuation产品评测战机简介英国的鹞式战斗机是世界上最著名的短距垂直起降战斗机,GR.3是鹞式家族的对地攻击型,1969年4月装备部队。
鹞式那设计独特、性能优秀的“飞马”发动机是垂直起降技术的关键,飞机能在空中突然减速或者急转弯,甚至做“空中爬行”的动作。
鹞式还是一款参加过实战的短距垂直起降战斗机,在1982年4月的英阿马岛战争中,英国皇家空军的鹞式GR.3战斗机挂载各种空对地炸弹及火箭弹攻击阿军机场、军事基地和舰船港口。
有关其它鹞式的介绍小编就不在这里详细讲述了,有兴趣的朋友可以通过网络等方式多了解一下。
模型概要模型套件是英国AIRFIX 出品的1/48鹞式GR.3。
该模型是福克兰群岛战争(也称马岛战争)30周年纪念版,鲜红色的外包装很有喜感,这也是小编我第一次做AIRFIX 的产品。
打开包装盒看板件,梯形的流道,浅灰色的板件,凸线无钉,细节不多。
水贴是新的,还是意大利名厂Cartograf 印刷的,很精美,给小编带来一丝安慰。
因为是评测,我也就不费时费力的考证、改凹线和加铆钉了,毕竟工作比较忙,精力有限,况且直做无改也是我一直倡导的快乐方式。
下面结合图片简述一下制作过程。
1/48. All Rights Reserved.valuation产品评测机身驾驶舱内侧喷涂亨宝漆165号中海灰色。
本模型套件的亮点:意大利名厂水贴,印刷精美,模型提供了两种涂装方案。
发动机的风扇及前旋转喷口喷涂铝色,后旋转喷口喷涂烧铁色,进气道内壁喷黑色。
座舱及座椅上色组装完成,仪表及按钮用的是水贴。
麻烦的是驾驶员正面的仪表水贴比仪表板大,我只好用胶板重新制作了一个仪表板。
组装4个可转向喷口时,我在内部加了两根粗流道,把左右两个喷口顶住,这样把玩时就不用担心喷口来回晃动。
座舱、进气道、发动机喷口组装好后,左右机身、机翼、水平尾翼就可以组合了。
喷涂1200号水补土,检查修整后,喷涂主色。
AIRFIX的涂装说明很详细,主色采用深海灰色及深绿色迷彩涂装。
相较于陆基飞机,舰载机的发展与海军舰艇的建设发展密切相关,而舰载机的发动机除需考虑电磁兼容、油料和防腐等特点外,还需要考虑更大的推力/功率和更好的加速性,同时还要做好质量、耗油率、结构尺寸与上述因素之间的平衡。
选取或研制舰载机发动机时,除了考虑与陆基飞机发动机共有的因素外,还须针对舰载机的使用需求和使用环境等因素进行综合考虑。
舰载机对发动机的需求通常包括更大的推力/功率和更好的加速性(以获得更好的起飞性能),同时还要做好质量、耗油率、结构尺寸与上述因素之间的平衡。
另外,在舰载使用条件下,发动机对电磁兼容、油料和维护保障资源的要求更为严格,海洋环境下的腐蚀防护工作也尤为重要。
美国舰载机配套发动机现状固定翼飞机发动机美国海军现役的固定翼舰载机主要包括AV-8B舰载攻击机、F/A-18E/F舰载战斗攻击机、F-35B/C舰载机和T-45舰载教练机等。
AV-8B舰载攻击机是在AV-8攻击机基础上改进而来,是一型可在舰上垂直起飞/短距降落的舰载攻击机,配套动力沿用罗罗公司的“飞马”推力换向涡扇发动机(编号为F402涡扇发动机)。
推进系统是垂直起飞/短距降落飞机的核心,其原理、构型决定了飞机的特点。
AV-8飞机的发展史在某种程度上就是“飞马”发动机的发展史,甚至可以说,飞机机体就是为了“包住”“飞马”发动机而设计的。
“飞马”发动机于1957年开始研制,1968年完成,只配装于AV-8系列飞机。
AV-8B 舰载攻击机早期配装F402-RR-406涡扇发动机,后期换装了性能更好的F402-RR-408涡扇发动机。
F/A-18E/F舰载战斗攻击机的配套动力为两台GE航空集团的F414涡扇发动机。
F414涡扇发动机是针对飞机使用需求,以F404和F412涡扇发动机为基础,采用经验证的技术改型研制的一型发动机,主要配装于F/A-18E/F舰载战斗攻击机。
在研制过程中,美国海军要求F414涡扇发动机的长度和喷管直径与F404发动机(F/A-18A/B/C/D舰载攻击机配套动力)保持一致,以满足将F414涡扇发动机装入F404涡扇发动机舱的要求,并要求F414涡扇发动机的性能、可靠性、维修性和环境适应性等必须等于或优于F404涡扇发动机。
战斗机起落的趋势
随着技术的发展,战斗机的起落趋势不断变化。
下面列举几种常见的趋势:
1. 短距起落/垂直起降(STOVL/VTOL):这种趋势是为了提高机动性,特别适用于狭小的战斗机场或舰载机起降。
典型的代表是美国的F-35B和英国的哈里尔机。
2. 静音/隐身起落:这种趋势是为了降低战斗机起落时的噪声和热点,从而减少被发现的可能性。
典型的代表是美国的F-22和F-35A/C。
3. 远程/高速起落:这种趋势是为了提高作战半径和速度,适用于长距离作战和突击任务。
典型的代表是美国的F-15E和F-16E/F。
4. 自动/无人化起落:这种趋势是为了减轻飞行员负担,提高安全性和效率。
典型的代表是美国的MQ-9和欧洲的“哨兵”无人机。
总之,战斗机起落的趋势将随着作战需求、技术进步和战斗环境的变化而不断调整和优化。
舰载战斗机现状与发展趋势罗福平张勇二战以来,航空母舰凭借其强大的攻防能力和巨大的续航、自持能力,一直是世界军事大国的发展重点。
舰载战斗机作为航母上装备数量最多、任务最广泛的机种,是实现航母海上攻防作战能力的核心装备,在编队作战指挥系统的指挥引导下,可遂行编队防空、夺取制空权、突击敌海上和陆上目标等多种作战任务,是航母编队最关键的组成部分,航母编队的绝大多数作战使命都需要并且只能由舰载战斗机承担和完成。
国外舰载战斗机发展现状目前,除中国外,世界还有9个国家拥有18艘现役航母,其中,美国10艘,印度2艘,英国、俄罗斯、法国、西班牙、意大利、巴西以及泰国各1艘。
现役舰载战斗机主要有:F/A-18C/D“大黄蜂”、F/A-18E/F“超级大黄蜂”、“阵风”M、苏-33、米格-29K、“鹞”/“海鹞”等,正在进行研制的主要有F-35C(正在进行试飞考核、2019年2月形成初始作战能力)。
由于维护维修费用过高,2006年8月,美国海军退役了全部F-14重型舰载战斗机,截至目前,美国现役航母的主要舰载战斗机为F/A-18C/D“大黄蜂”和F/A-18E/F“超级大黄蜂”。
F/A-18E/F“超级大黄蜂”舰载战斗机是由F/A-18C/D“大黄蜂”升级放大而来。
与F/A-18C/D型相比,F/A-18E/F型有更大的机翼面积和更多的机内燃油,作战半径和空中战斗巡逻时间明显增加,F/A-18E/F型的任务半径及航程扩大了40%、续航时间延长了50%。
“阵风”M是搭载在法国“戴高乐”号航母上的舰载战斗机,是“阵风”战斗机的舰载型,“阵风”M的机翼不能折叠。
“戴高乐”航母能携带32架“阵风”M舰载战斗机,其中20架在机库中,12架在甲板上。
苏-33是搭载在俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母上的舰载战斗机,主要用于航母的海上防空作战,同时具有一定的对海作战能力。
苏-33的起飞方式与F/A-18C/D、F/A-18E/F、“阵风”M不同,采用的是滑跃起飞方式,而不是弹射起飞方式。
F-35“闪电II”垂直起落原理号称“世界战斗机”的JSF分为常规起降型和短距起飞/垂直降落型(STOVL)两种型号,而STOVL型的起降技术别出心裁,不仅作出技术上的突破,也是洛马公司在竞标中战胜波音的决定性原因。
F35的心脏-F135型轴向矢量发动机是有史以来推力最大的战斗机发动机,加力推力达到178千牛,是其进行垂直起落的有力保障。
F35垂直起降时,利用了升力风扇及矢量喷管两种推力。
其中升力风扇安装在前机身,可使大量气流穿过过背部和机腹的开口,产生占总推力47%的冷空气推力。
后部尾喷管向下旋转90度,产生35%的推力,同时两侧翼根处的姿态控制喷管各产生9%的推力。
三者同时作用,使飞机“悬空”。
这样做的好处是飞机因挂载情况及燃油状况造成重心改变时,,三处推力点可通过适时调节保持机身姿态,保持飞机起降的安全性和灵活性。
同时因为有升力风扇的设计,不需要鹞式飞机那种超大的进气道保证进气,有利于实现超音速飞行。
波音公司的方案就是因为采用了与鹞式一样的设计,将矢量推力发动机喷口安装在机身重心处,造成其样机多方面达不到军方要求,竞标时甚至要拆去一些部件来保证垂直起落。
F35STOVL型仅售3800万美元,对于第四代战斗机来说,无疑是个让人流口水的价格,无怪乎其为“世界战斗机”了。
F-35的研制计划分空军型F-35A和海军型F-35B.还有专署美国海军舰载型的F-35C型.因此到2008年F-35正式加入现役时,我们看到的将是三种飞机,而非一种。
这三种飞机是,美国空军型(传统起飞、着陆型)F-35A、美国海军陆战队/英国海空军型(短距起飞/垂直着陆型)F-35B,和美国海军型(传统舰载型)F-35C。
着重来看F-35B,它与“鹞”式战斗机的垂直起飞及着陆方式有所不同,F-35B采用了一种被称为升力风扇的垂直推力系统。
它将F-119-611发动机输出的动力分成了四个部分:第一部分是通过涡轮主轴将动力传送给一套位于发动机前部的风扇装置,由该装置产生向下喷出的气流,从而实现垂直升力。
垂直起降战斗机的原理垂直起降战斗机是一种能够在狭小的空间内垂直起降、进行近距离空中作战的飞行器。
其工作原理涉及到多个方面,包括发动机、气动设计、控制系统等。
下面将从这些方面逐一介绍。
一、发动机垂直起降战斗机的发动机通常采用喷气式发动机或涡轮扇发动机。
这些发动机都具有高推力和可调节喷口的特点,使得飞行器能够在垂直方向上获得足够的升力。
1. 喷气式发动机喷气式发动机采用燃料和空气混合后燃烧产生高温高压气体,并通过喷口排出,产生反作用力推进飞行器。
垂直起降战斗机通常采用双喷口设计,其中一个向下排放气流产生升力,另一个向后排放气流推进飞行器前进。
2. 涡轮扇发动机涡轮扇发动机是一种将部分空气通过大型扇叶推进飞行器前进的引擎。
与传统的涡轮发动机相比,涡轮扇发动机具有更高的推力和更低的噪音水平。
在垂直起降战斗机中,涡轮扇发动机通常采用可调节喷口设计,以产生向下的气流。
二、气动设计垂直起降战斗机的气动设计是实现其垂直起降和近距离空中作战的关键。
其主要特点是具有大量的升力表面和可调节喷口。
1. 升力表面升力表面是指飞行器上能够产生升力的部件,包括翼、襟翼、前缘襟翼等。
这些表面通常具有高升力系数和高攻角稳定性,使得飞行器能够在低速状态下仍然保持稳定。
2. 可调节喷口可调节喷口是指飞行器上能够调整喷气方向和强度的部件。
这些喷口通常由电液伺服系统控制,可以实现快速响应和精确控制。
通过调整喷口方向和强度,飞行器可以在垂直方向上产生足够的升力,并且在水平方向上获得高速度。
三、控制系统垂直起降战斗机的控制系统包括飞行控制系统和引擎控制系统。
飞行控制系统主要负责飞行器的姿态和位置控制,引擎控制系统主要负责发动机的调节和监测。
1. 飞行控制系统飞行控制系统通常由多个传感器、计算机和执行器组成。
传感器负责测量飞行器状态,计算机负责根据传感器数据进行姿态和位置估计,并生成相应的指令,执行器负责将指令转化为实际动作。
在垂直起降战斗机中,飞行控制系统需要实现快速响应和高精度控制,以确保飞行器能够在狭小空间内安全起降。
垂直起降技术的原理与应用1. 概述垂直起降技术是指能够实现直接垂直起降的技术,它在航空航天、交通运输、军事等领域具有广泛的应用前景。
垂直起降技术的出现不仅提升了运输效率,也为航空器在狭小空间中进行起降提供了便利。
本文将介绍垂直起降技术的原理和应用。
2. 原理2.1 垂直起降技术的分类垂直起降技术主要分为以下几类:1.垂直起降飞行器(VTOL):这种技术使飞行器可以在直接垂直起降的同时具备水平飞行的能力。
一些常见的垂直起降飞行器包括直升机、多旋翼飞行器等。
2.短垂直起降(STOVL):这种技术使飞行器可以在短距离内进行垂直起降,并具备一定的水平飞行能力。
例如,垂直起降战斗机就属于短垂直起降技术的应用。
3.短距离垂直起降(SVTOL):这种技术使飞行器能够在相对较短的距离内实现垂直起降,但其水平飞行能力较弱。
常见的应用包括垂直起降无人机。
2.2 实现垂直起降的原理垂直起降技术的实现依赖于以下几个关键原理:1.推力矢量控制:利用推力矢量的变化来实现飞行器的方向控制和姿态调整。
通过在飞行器上设置可控制推力的喷嘴或推力转向装置,调整推力矢量的方向和大小,从而改变飞行器的飞行姿态。
2.旋翼或喷气发动机:垂直起降技术通常依赖于强大的推力系统。
直升机通过旋翼叶片的变化来调整升力和推力,从而实现垂直起降。
而喷气飞机则通过喷气发动机产生的推力来实现。
3.空气动力学设计:垂直起降飞行器的空气动力学设计是实现垂直起降的重要因素。
通过合理设计飞行器的翼型、螺旋桨或喷气口等部件,可以提高飞行器的升力和推力效率,从而实现垂直起降。
3. 应用3.1 航空领域垂直起降技术在航空领域有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用:•直升机:直升机是最常见的垂直起降飞行器,它们广泛应用于军事、救援、民用交通等领域。
•垂直起降战斗机:垂直起降战斗机具有快速起降的能力,可以灵活应对近战和短距离作战的需求。
这类战斗机在军事领域发挥着重要作用。
•垂直起降无人机:垂直起降无人机在军事侦察、交通监测、气象观测等方面有着广泛的应用。