我国研制成功廉价涡扇发动机 无人机和巡航导弹将便宜

国产风鹰无人机搭载两台WS500涡扇发动机

据中科院工程热物理研究所朱俊强所长介绍，我国已成功研制出低成本、轻量化涡扇发动机。该涡扇发动机采用单轴高压直驱运行方式，具有成本低、油耗低、结构简单、效率高等技术优势。可广泛应用于无人机、制导导弹、智能制导导弹及各种战术导弹。我们知道，传统涡扇发动机的结构非常复杂。即使是无人机和巡航导弹上使用的小型涡扇发动机也相当复杂。麻雀虽小，五脏俱全。

带小型涡轮增压器的家用发动机 WS-500

以我国无人机、巡航导弹使用的小型涡轮发动机WS-500为例。其基本设计方案是一级风机、五级高压压气机、一级高压涡轮和一级低压涡轮。每个风扇、压缩机和涡轮机都有数十个叶片。每级转子叶片中也有王牌叶片。每级还有数十个叶片。这些叶片需要使用复杂的高精度五轴机床进行加工。涡轮叶片仍然是空心的。生产工艺不仅复杂，而且精度要求高，技术要求高。这导致涡轮发动机的成本相当高，使其成为整个无人机或巡航导弹中最昂贵的部件。

小涡扇麻雀虽小，五脏俱全。

要降低涡轮增压发动机的成本，第一步是简化设计。我们知道，经典的涡扇发动机有两轴发动机，当然也有三轴发动机，但绝大多数都是两轴发动机。这意味着有两个轴，一个高压轴和一个低压轴。高压轴装有高压压气机和高压涡轮，低压轴装有风扇和低压涡轮。之所以分为两轴，是因为风扇和高压压缩机的理想转速存在显着差异。因此，为了提高工作效率，常采用两轴设计。当然，有些涡扇发动机甚至采用三轴设计，以进一步提高工作效率。不过，采用三轴设计的涡扇发动机比较少见。这种设计既复杂又昂贵。

使用斜流高压压缩机显着简化了高压压缩机的设计。

工程热物理研究所的低成本涡扇发动机创新性地放弃了双轴设计，改为单轴设计。为了解决高压压缩机的压比问题，采用斜流压缩机代替传统的多级轴流压缩机。我们知道斜流压缩机的压力比比较高，单级压力比可以达到六左右。单级斜流压缩机可以取代以前的五级轴流压缩机。高压压缩机的设计大大简化。理论上，斜流压气机的气流不如轴流压气机，但对于无人机和巡航导弹中使用的小型涡扇发动机来说，气流本身并不大，这并不是一个好主意。问题。这种结构实际上结合了高轴和低轴的结构，涡轮甚至可以简化为单级涡轮。由于涡轮只有一级，并且是高压涡轮，所以变成高压单轴、直驱设计。整个涡轮增压发动机的零件数量明显减少，整个发动机的重量减轻了20%-30%。

低成本涡轮增压器采用高压直接驱动运行方式

并且涡轮机并没有采用常规的单晶高温镍基合金材料，而是采用陶瓷基体的复合材料。虽然公开的视频材料没有提及采用什么复合材料，但基本可以确定采用的是连续纤维增强碳化硅陶瓷复合材料。目前，只有这种材料能满足涡轮叶片的技术要求。这种材料无需冷却即可在1650摄氏度下运行，相当于1923 K，对应当前第四代战斗机发动机的涡轮入口温度。例如，F119发动机涡轮前空气温度在1973K左右，我国WS15发动机涡轮前空气温度也在1925K左右。通过采用不需要冷却的陶瓷基复合材料涡轮叶片，可实现15%冷却可以节省空气。我们知道，冷却空气是从高压压缩机中抽取的。抽取较少的冷却空气可以提高工作效率并减少燃料消耗。

单轴涡扇发动机显着降低油耗

低成本涡扇发动机涡轮前温度升高了200度，与第一代涡扇发动机涡轮前温度升高相对应。不仅增加了发动机推力，还降低了10%的油耗。结果是世界上第一台轻型单轴涡轮风扇发动机。与传统喷气发动机相比，这种设计可将发动机油耗降低28.5%。与传统双轴涡扇发动机相比，零部件数量减少了三分之二，成本降低了80%。也就是说，其成本仅为传统涡扇发动机成本的五分之一，可以说大幅降低了涡扇发动机的成本。有了工程热物理研究所的低成本单轴涡扇发动机，未来我们使用喷气发动机的无人机、巡航导弹、智能巡航导弹以及各种战术导弹都可以大幅降低成本，成为白菜价。这将成为我国武器装备的又一优势。为我国的科学工作者点赞！