我国研制成功高空低油耗涡扇发动机，战略无人机将傲视全球

赋明通

我国无侦-7无人机

所谓战略无人机通常是指高空长航时无人机，飞行高度高且航程远。这种类型的无人机通常用于战略侦察。典型的如美弟的全球鹰RQ-4、我国的无侦-7无人机以及神雕无人机。这类无人机的特点就是飞得高，比如RQ-4全球鹰的升限可以超过18公里，最大航程可以超过2万公里。我国的无侦-7的升限也能超过18公里。神雕无人机的升限甚至能达到25公里左右。飞得高有利于躲避地面防空武器的拦截。飞到18公里甚至更高的高度已经超过绝大多数战斗机的升限，这对于提高战略无人机的生存能力非常重要。

我国神雕无人机

这些战略无人机之所以能够飞这么高飞这么远，所依靠的就是高升限低油耗的航空发动机。典型的如RQ-4无人机的动力F137-RR-100 涡扇发动机。它的推力34KN，最大推力可达42KN。涵道比已经超过4，可以算作大涵道比涡扇发动机。不过不要看这是一个无人机的涡扇发动机，其结构却非常复杂。

F137-RR-100 涡扇发动机的结构

F137-RR-100 涡扇发动机有1级风扇，14级高压压气机，2 级高压和3级低压涡轮，总共20级的转子。另外每级转子之间还有静子叶片，合一起级数将近翻倍。每级转子和静子叶片都有几十片叶片，总零件数量非常多。正是因为其结构复杂、零件数量多，导致其成本非常高，所以F137-RR-100的单价高达2000万美元以上，都够买半架第四代战斗机了。

高空低油耗涡扇发动机的高压压气机采用斜流式和离心式压气机的组合

我国中科院工程热物理所为了研制高性能的战略无人机，研制了高性能的高空低油耗涡扇发动机，把战略无人机的动力技术水平又提高了一大步。首先是工程热物理所的高空低油耗涡扇发动机极大简化了发动机的结构，风扇只有一级，高压压气机也只有一级。第一级采用斜流式压气机，第二级采用离心式压气机，每级的压比都非常高，大大减少了压气机的级数。相比全球鹰的发动机，少了13级，大大减少了零部件的数量。降低了发动机的复杂性，也降低了油耗，还做到了低成本。

高空飞行发动机面临的技术挑战

要想实现这些性能并不容易。因为高空空气稀薄，空气雷诺数下降，气流容易分离。造成发动机性能下降，并容易出现喘振及熄火。这需要采用先进的压气机和燃烧技术。第一级采用斜流式压气机，径向压力梯度有效增大，减少了轴向的负荷。这样既能提高压比，也能减低压气机的负荷。还可以提高发动机的稳定工作裕度，避免了发动机的喘振。在不影响稳定裕度的情况下，可以提高90%的负荷，从而实现了压气机的高负荷、高压比和高工作裕度。

采用分区燃烧技术解决高空发动机容易熄火的技术难题

另外在高空空气稀薄，发动机的压比下降，高压压气机的出口温度比较低，导致发动机容易熄火，这是一个世界级难题。工程热物理所的科研人员想出了各种办法，采用分区燃烧技术，也就是在燃烧室内不同的空间里采用不同的燃烧组织方式。中心区域采用富油的扩散燃烧，也就是这个区域油多空气少，火焰不容易熄灭，避免发动机熄火。但是这样燃烧容易不完全。在中心区域的外围采用贫预混的扩散燃烧，也就是这个区域空气比燃料多，经过这个区域后燃料燃烧会比较完全，既降低了排放也降低了耗油率。

热工物理所研制的三个型号的高空低油耗涡扇升限都在15-20公里

多年以来热工物理所已经研制了三个型号的高空低油耗涡扇发动机，推力分别是400公斤级、750公斤级、1000公斤级，并且已经进入部队服役。有力支撑了我国先进高空长航时无人机的发展。可以说依靠工程热物理所研制的轻型涡扇发动机先进的高空和低油耗优势，我国的高空无人机将建立起飞行性能的优势，可以飞得更高，飞得更远。配合先进的侦查通信设备，我国的高空长航时无人机性能将傲视全球。