解析国内外微小型航空发动机发展现状与趋势

解析国内外微小型航空发动机发展现状与趋势_电脑基础知识_IT/计算机_专业资料。– 解析 国内外微小型航空发动机发展现状及趋势 导读微小型航空发动机是航空发动机的一个分支,它与用于大型飞机的“航空发 动机”有明显区别。微小型航空发动机( Micro Aero-Engine

— 解析 国内外微小型航空发动机发展现状及趋势 导读微小型航空发动机是航空发动机的一个分支,它与用于大型飞机的“航空发 动机”有明显区别。微小型航空发动机( Micro Aero-Engine )是一种比较复杂和精密 的热力机械,主要为无人机、巡航导弹等提供飞行所需动力,也可以为地面装置提供电 力。微小型航空发动机的技术难度没有民用飞机航空发动机那么高,很多国家都可以自 行设计并制造微小型航空发动机,实力比较突出的国家有法国、德国、美国、英国、捷 克等。微小型航空发动机主要包括小型涡喷发动机、涡扇发动机、活塞发动机、转子发 动机等,其涡轮发 动机的推力在 500 公斤以下级别, 活塞发动机功率在 100KW 以下。 太阳谷出版的《国内外微小型航空发动机发展状况及市场需求调研报告》针对国内外 微小型航空发动机的发展现状、趋势,国内外微小型航空发动机市场发展现状、竞争 格局,市场规模、未来发展趋势等作了深入研究,对于微小型航空发动机研制单位具 有重要参考价值。 国内外微小型航空发动机发展现状分析国外微小型航空发 动机的主要研制单位包括:赛峰集团 Microturbo 公司、荷兰 AMT Netherlands B.V .公司、 捷克 PBS Velká Bíte?公司、奥 地利 ROTAX 公司、德国 Jet Cat 公司、塞尔维亚 EDePro 公 — – 司、美国 Williams International 公司等。相关企业在该领域 的研发历史较长,产品较多,技术实力雄厚,特别是 Microturbo 公司、 ROTAX 公司、 AMT Netherlands B.V .公司、 Williams International 公司等拥有许多明星级的产品, 在该领 域享有国际声誉,产品竞争力非常强。 美国在微小型航空发动机领域拥有很强的技术实力,普·惠 公司、 Williams International 公司、洛克菲勒·马丁公司、诺 斯罗普·格鲁门公司等在该领域都拥有很强的研发实力。 俄罗斯在微小型航空发动机领域也取得了许多成果,俄罗斯 的 TB Д-10 涡轮螺桨发动机,是 20 世纪 70 年代的产品,俄 罗斯把它作为基准发动机,通过改进改型,发展了 6 种不同 功率、不同用途的发动机,这些系列产品是 TB , L1-10E , TB Д-20. PZL-IOW ,BCY-10 和用于运输机上的燃气涡轮发 动机、以及用于轻型飞机的涡轮喷气发动机。俄罗斯在巡航 导弹领域拥有非常强的研发实力和技术开发能力,所研制的 巡航导弹在世界具有极强的影响力,其动力装置的研发实力 也在国际上数一数二。 法国的赛峰集团 Microturbo 公司是微小型航空发动机领域的 领军企业之一, Microturbo 公司是世界上规模最大的微小型 航空发动机企业之一,其拥有众多型号的微小型航空发动机 可供各种单位选择。 2014 年,中法两国航空制造业巨头宣布 将成立一个全新的合资企业,以打造成面向全球市场的民用 — – 涡桨发动机部件世界级供应商。 德国在微小型航空发动机领域也拥有很强的实力,该国的 JetCat 公司研发了众多代表性的微小型航空发动机,在该领 域拥有一定的行业地位。此外,加拿大庞巴迪公司下属的奥地利 ROTAX 公司在微小型 航空发动机领域拥有非常强的技 术研发实力以及市场占有率,该公司研制的 ROTAX 系列微 小型航空发动机被美国和中国等国的先进无人机采用。 国内拥有众多微小型航空发动机研制单位,
更多精彩尽在这里,详情点击:http://hon-sen.com/,轻型飞机运动这些单位包括中科院系统、中航工业系统、 航天集团、大学院校等等。 在国内微小型航空发动机研制单位中,比较突出的研究单位有:中国科学院工程热物理研 究所、中航工业航空动力机械研究所( 608 所)、中国航天科工集团第三研究院第三十 一所、中国燃气涡轮研究院等。 国内外主要技术差距分析 1 我国无人机发展仍然受制于动力 从整体上来讲,我国航空发动机工业还比较薄弱,具体表现在产品性能指标偏低,并 且产品系列不够完善,还有许多空白,因此无法为型号的发展提供比较充足的动力支 持和储备,这样就造成许多型号依赖国外发动机,或者性能受到限制,因此对于我国 来说,不仅仅是无人机,整个航空工业能否进一步发展,在很大程度上取决于我们的 航空发动机是否跟上前进的步伐。值得一提的是,我国航空发动机工业也在不断进步, 目前,我国完成了用于无人机的涡轮增压型活塞 — – 发动机的研制,提高了国产无人机的高原性能,初步解决了 国产无人机的动力问题, 国产 400KW/620 马力涡桨发动机的研制也取得进展,可以为我国 轻型运输机和大型无人机提供动力支持。 在 2014 年无人机展会上, 我国公开展出了 CH-4 大型无人机,它是继翼龙、 AH-3 之后我 国又一种侦察 /打击型无人机。 不过翼龙的发动机来自奥地利的 ROTAX914 活塞发动机, 它 水平对置 4 缸废气增压发动机, 1.2L 排量, 110 马力输出, 重量 64 公斤,需要指出的是美国 MQ-1 捕食者无人机配备的 也是这型发动机,这也是翼龙能够在战术技术能够与 MQ-1 相抗衡的关键,目前国内能够提供的航空活塞发动机与 ROTAX914 还是有一定的差距,从珠海航展来看,我国的 HS-133 活塞发动机,它的功率只有 82 马力,重量却有 80 公斤,因此配备翼龙无人机就会明显的降低它的性能。 从这里可以看出,由于发动机的差距,我国无人机的战术技 术指标一下子被国外无人机拉开,这种差距并不是来自飞机 本身,而飞机发动机性能的差距导致的,这也从一个侧面反 应了发动机对于航空工业的重要性。 2 现有发动机谱系无法满足需求我国作为一个幅员辽阔的大国,身处复杂的国际环境, 现代化国防对无人机发展的需求同样十分强烈,特别是随着人们对未来战争观念、作 战形式和任务要求的改变,无人机的研发得到了一定的关注。由于 — – 我国地域宽广, 陆海空覆盖面积大, 无人机是朝着高中低空、远中近程、低速和高速无人 机搭配使用方向发展。 未来的空战将是无人机之间的空战,为了满足战争的需要,我国需要有从短程到远程, 从低空到高空,从轻型到重型,从侦察到作战,涵盖各个范围、各种用途全系列的无 人机。我国现有的无人机类型远远不能满足未来战争的需要,为了满足国防发展需求, 更好的发挥无人机作为有效军事武器的潜力,有必要发展以下类型的无人机:特种作 战侦察使用的微型无人机;近程战术侦察或者作战需要的无人机;采用涡 轴发动机的旋翼无人机;中高空中远程无人机; 超高空超高速无人机。 3 新型发动机技术研究落后我国在转子发动机等新型微小型航空发动机研究方面比较落后, 与美国、德国、日本等差距较大,为了更好地发挥无人机作为有效军事武器的作用,发挥平 台的潜力,应高度重视无人机动力的研发。美国在《无人机系统路线 )》 指出:“推进技术和处理器技术是无人机的两大关键技术” ,由此可见动力技术的发展对 无人机系统的发展起着尤为关键的作用。 我国无人机动力发展应该以我国各军兵种无人飞行器发展需求为依据,针对未来重点 发展的无人作战飞机、高空长航时无人机、高超声速空天无人机等高端无人机平台, 兼顾其他无人机需求,以核心机及涡轮冲压组合发动机为主线,遵 — – 循“加强预研、自主创新,统筹规划、系列发展,填补空白、 占领高端”的发展原则,突破无人系统动力装置关键技术, 通过新研和现有动力系列发展等方式,研制出满足国内军民 用无人机系统发展需要的各类动力装置。 国内外微小型航空发动机发展趋势分析 扇发动机是重中之重大涵道比涡扇发动机是指涵道比 的涡扇发动机。由于大涵道比涡扇发动机的耗油率低、噪声 小,被广泛用于大型民用和军用运输机以及其他大型亚声速 飞机如加油机、预警机、反潜机等。 1 高性能大涵道比涡 4 以上 2013 年 11 月 12 日,在 第九届中国国际航空展的航空发动机展区,中航工业展出了国产大涵道比涡扇发动机 的金属同比例模型。 从民用和军用飞机的发展现状来看,急需要高性能的大涵道比涡扇发动机,毫无疑问,这是近 期我国的需求重点也是难点之一。目前,国外高端无人机动力的发展趋势是以涡扇发动机为主。 涡扇发动机耗油率相对较低,具有寿命长、成本低、易于实现系列化等优点,非常适合于未来 无人机平台对动力的需求。从国外无人机的现状和发展趋势看,目前在研和拟研的高端无人机 动力也基本以涡扇发动机为主。例如,欧洲的“神经元”验证机选用“阿杜尔”涡扇发动机。 美国“联合空战系统计划”( J-UCAS )中发展的 X-45A /B 和 X-47 无人战斗机的验证样机 选择了现有涡扇发动机。因此,涡扇发动机将是今后发展的一个重点方向。 — – 2 未来发展重点是冲压发动机冲压发动机主要用于超音速巡航导弹,冲压发动机是一 种新型的、用于高速飞行的尖端航空科学技术。它正在日新月异地迅速发展。在这个 领域内,有着广泛的复杂问题需要研究解决。 随着飞行速度的提高,就要求设计制造出更有效的部件——扩压器,燃烧室,尾喷管。 有的国家正在计划把冲压发动机 的飞行速度提高到 5-7 倍音速,甚至更高 (约 5300- 7400 公里 /小时 )。这就需要解 决一系列新的问题。例如,首先要 求解决热障问题, 在 M=5 飞行时,发动机壁面与空气摩擦后温度可以达到 1000℃左右。 燃烧室加热以后的温度将达到 2500- 2800℃左右,这就需要耐温能力更高的材料。其次, 为了使燃烧室中能加温到更高的温度, 目前所采用的燃料 ( 煤 油 )是不行的,这就需要高能量的燃料。 今天已进入原子能时代。因此在冲压发动机上使用原子能吸引着许多科学家,使他们 进行不懈的研究。不久的将来这种理想就会变为现实。 在地球大气的上层,由于太阳和宇宙线的作用,部分空气分解成为离子,当这些离子 再合成分子时,就会放出大量的能量,因此就有可能在发动机内喷入少量的催化剂, 使离子再结合成分子,放出能量而推动飞机,这样就根本不必携带燃料。这种离子冲 压发动机的航程,可以认为是无限的。 3 涡轮 /冲压及火箭 /冲压组合发动机是重要方向之一涡轮 /冲 — – 压及火箭 /冲压组合发动机主要用于高超音速巡航导弹和攻 击机,涡轮 /冲压及火箭 /冲压组合发动机是一个重要方向。 两款组合发动机的结构相似,一个重要的差异在于它自备燃 烧用的氧。这种发动机有一多级涡轮驱动的低压压气机,而 驱动涡轮的功率是在火箭型燃烧室中燃烧燃料和液氧产生 的。因为燃气温度可高达 3500 度,在燃气进入涡轮前,需 要用额外的燃油喷入燃烧室以供冷却。然后这种富油混合气 (燃气 )用压气机流来的空气稀释,残余的燃油在常规加力系 统中燃烧。虽然这种发动机比涡轮 /冲压喷气发动机小且轻, 但是,其油耗更高。这种趋势使它比较适合截击机或者航天 器的发射载机。这些飞机要求具有高空高速性能,通常需要 有很高的加速性能而无须长的续航时间。 4 超燃冲压发动机发展前景广阔超燃冲压发动机主要用于高 超声速巡航导弹上,飞行速度可以达到 8 马赫以上。从 20 世纪 50 年代人们就开始研究超燃冲压发动机,最初的应用 目标是单级入轨的飞行器、远程高速飞机和远程高超声速导 弹。从 90 年代开始,重点转向巡航导弹用超燃冲压发动机 的发展。目前,美国、法国、俄罗斯、加拿大、德国、印度、 意大利等国都在发展 M 数 4~8、射程 1000km 以上的巡航导 弹用超燃冲压发动机。采用碳氢燃料、 M 数 3~8 的双模态超 燃冲压发动机已结束地面试验验证,进行了飞行试验。到 2025 年,以超燃冲压发动机为动力的高超声速空天飞机将有 — – 可能投入使用。 5 脉冲爆震发动机具有很大潜力脉冲爆震发动机是利用脉冲爆震波产生推力的新概念 发动机,它是目前航空推进领域的 发展热点之一,可以使发动机的效率提高 24%,生产成本降低 25% ,并使燃油消耗降低 25%, 单位推力提高 45%,它是未来无人机和巡航导弹极具潜力的动力装置。 国内微小型航空发动机市场发展前景预测分析 2014 年下半 年,国内可能将召开低空空域改革座谈会,这次会议可能为低空空域改革定调,低空 空域改革一旦成行,对于我国的通 用航空产业发展将会是极大的利好,并将刺激整个通用航空产业加快发展,当前,国 内各方面都在推进改革,深化改革已经成为了领导层的一个共识,低空空域改革势必 在这样的大环境下加快推进。这样,国内微小型航空发动机将会在无人机需求提升的 情况下得到较快的发展。 巡航导弹作为一种重要的武器装备,其市场需求比较稳定,国内目前有一定量的巡航导弹 出口,但是,整体来看,目前出口量不算太大,今后,国内装备需求和国外进口需求将保 持稳定增长, 但是,增长空间最大的可能是无人机用发动机,特别是小型涡喷和小型涡 扇发动机将在军用、民用无人机的提振下得到明显的增长空间。 但是,国内无人机用发动机也可能遭遇一些问题,其一是无人机整体市场发展受阻, 其二是国内厂商无法满足国内市场 — – 需求,相关市场将会继续被国外企业所占领。 2014-2020 年中国微小型航空发动机市场规模预测(单位: 图表: 亿元) 根据调研和分析, 2014 年,国内微小型航空发动机的市场规模可能达到 46.3 亿 元,之后在低空空域改革等政策刺激下,无人机用微小型航空发动机需求将得到明显提升, 到 2020 年,整体市场规模将达到 167.5 亿元。 国内微小型航空发动机企业目前主要产品线集中在低端微小型航空发动机领域,缺乏 针对高端无人机的发动机产品, 有些厂商比如三院 31 所已经取得了一些进步,总参 60 所在 微小型航空发动机领域也取得了许多进步,今后,随着国内市场发展,国内厂商在市 场刺激下将进一步投入更多精力研发有竞争力的产品,与国外厂商竞争,行业主要竞 争厂商和 市场份额将倒向国内厂商。未来,在 2014-2020 年,行业主 要竞争厂商及市场份额预测如下: 总体来说,赛峰集团 Microturbo 公司、 ROTAX 公司、 AMT Netherlands B.V .公司、 Williams International 公司等外国企业 仍然将具备很强的竞争力,国内厂商比如中国科学院工程热 物理研究所、中航工业航空动力机械研究所( 608 所)、中国 航天科工集团第三研究院第三十一所(北京动力机械研究 所)、中国燃气涡轮研究院、中航工业南方航空工业(集团) 有限公司、中国人民解放军总参谋部第六十研究所等在国内 市场刺激下市场份额都会有所增长,未来市场份额的争夺主 — – 要集中在无人机特别是民用无人机领域,国内厂商需求有针 对性的推出适合民用无人机的发动机产品谱系,打造品牌, 占领市场。 —