我國(guó)自主研發(fā)的“彩虹3”無(wú)人機(jī)

國(guó)內(nèi)高端作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

2015年4月，由天津內(nèi)燃機(jī)研究所研制開發(fā)、宗申動(dòng)力合作試制的輕型航空發(fā)動(dòng)機(jī)TD0工程樣機(jī)掛載中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院的“彩虹3”無(wú)人機(jī)試飛成功，標(biāo)志著我國(guó)大中型無(wú)人機(jī)擁有一顆“中國(guó)心”的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)，并打破國(guó)外在這個(gè)領(lǐng)域長(zhǎng)期技術(shù)和市場(chǎng)壟斷。此后，宗申動(dòng)力為加快公司航空發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)業(yè)化,公司后續(xù)開展了相關(guān)可靠性,耐久性測(cè)試和技術(shù)改進(jìn)工作。

2016年5月，宗申動(dòng)力再次宣布，公司將代碼為“C115”的航空發(fā)動(dòng)機(jī)配裝在彩虹-3型無(wú)人機(jī)開展的“高空性能飛行試驗(yàn)”，經(jīng)航空動(dòng)力專家組對(duì)飛行數(shù)據(jù)的分析，該款航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試所有數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)起飛、爬升、巡航及冷卻性能符合彩虹-3型無(wú)人機(jī)使用要求。本次飛行試驗(yàn)的順利完成,標(biāo)志著公司航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)已基本達(dá)到中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

可見，我國(guó)的高端無(wú)人機(jī)用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)將有望使國(guó)內(nèi)高端無(wú)人作戰(zhàn)機(jī)使用國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的動(dòng)力系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展布局始于2011年，中國(guó)航空技術(shù)國(guó)際控股有限公司于當(dāng)年4月收購(gòu)美國(guó)大陸發(fā)動(dòng)機(jī)公司，該公司在世界通航發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)名列前茅。2013年，中航國(guó)際又完成對(duì)蒂勒特航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)公司（Thielert Aircraft Engines）資產(chǎn)收購(gòu)。中航國(guó)際通過對(duì)美國(guó)大陸發(fā)動(dòng)機(jī)公司和德國(guó)蒂勒特公司資產(chǎn)的收購(gòu)，已經(jīng)成為全球唯一擁有全系列航空汽油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和全系列航空煤油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的供應(yīng)商，具備了滿足通航市場(chǎng)多樣化需求的能力。

Centurion系列活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是原德國(guó)蒂勒特公司生產(chǎn)的功率99kW~257 kW的四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，是世界上最先進(jìn)的無(wú)人機(jī)重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品之一，其配用機(jī)型包括“塞斯納”改進(jìn)型以及美軍MQ-1C“灰鷹”無(wú)人機(jī)等?？梢哉f(shuō)，我國(guó)自主研發(fā)無(wú)人機(jī)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的成功，離不開近年來(lái)對(duì)Centurion等經(jīng)典機(jī)型的研究和借鑒。而未來(lái)，輕量化、可靠性、增壓匹配和燃燒噴霧等仍是國(guó)內(nèi)研發(fā)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是重油發(fā)動(dòng)機(jī)需要不斷發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

Centurion 1.7活塞發(fā)動(dòng)機(jī)（功率99kW）及裝配其的MQ-1C“灰鷹”無(wú)人機(jī)

國(guó)外高端作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

大型無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)打破國(guó)外封鎖的消息雖然振奮人心，但是也需看到我國(guó)高端作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論是續(xù)航時(shí)間還是飛行速度以及載荷與國(guó)外還存在較大差距。我國(guó)自主研發(fā)的活塞式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然綜合性能達(dá)到國(guó)外同類型無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)水平，但這類活塞發(fā)動(dòng)機(jī)一般適用于起飛重量一般在1噸以上的低速、中低速偵察無(wú)人機(jī)。軍事作用更大的中高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)、高速偵察機(jī)、靶機(jī)以及無(wú)人攻擊機(jī)、垂直起降無(wú)人機(jī)和傾轉(zhuǎn)旋翼無(wú)人機(jī)等無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)一般采用渦噴、渦扇、渦軸等燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，由于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化范圍大、耗油率低、高空性能較好的特點(diǎn)，是目前各國(guó)應(yīng)用在無(wú)人機(jī)上的重點(diǎn)和今后的發(fā)展趨勢(shì)。

FJ44型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

FJ44系列發(fā)動(dòng)機(jī)是世界小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭之一的威廉姆斯國(guó)際公司生產(chǎn)的中小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力區(qū)間在8.3-15.8kN。

FJ44-4A型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

洛克希德一馬丁公司和波音飛機(jī)公司生產(chǎn)的無(wú)尾飛翼式無(wú)人機(jī)暗星就選配了FJ44型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為其動(dòng)力系統(tǒng)。暗星無(wú)人偵察機(jī)的機(jī)體較薄，機(jī)翼又長(zhǎng)又窄，作戰(zhàn)半徑為926公里，續(xù)航時(shí)間8小時(shí)，最大升限1.4萬(wàn)米，具有隱形、生存能力強(qiáng)的特點(diǎn)，其活動(dòng)范圍和續(xù)航時(shí)間都比“環(huán)球鷹”更大更長(zhǎng)，“暗星”主要用來(lái)執(zhí)行高威脅區(qū)域上空的偵察任務(wù)。

裝配了FJ44渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的暗星無(wú)人偵察機(jī)

洛克希德一馬丁公司臭鼬工廠的另一款無(wú)尾飛翼式無(wú)人機(jī)Polecat也選配了推力為1334 kN的FJ44-3E型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為其動(dòng)力系統(tǒng)。

裝配了FJ44-3E渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的Polecat無(wú)人機(jī)

PW545B渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

由普惠加拿大公司（Pratt & Whitney Canada）生產(chǎn)的PW545B發(fā)動(dòng)機(jī)是通用原子公司開發(fā)的具備隱身能力的中高空長(zhǎng)航時(shí)遠(yuǎn)程無(wú)人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)仇者（Avenger）的動(dòng)力裝置。PW545B發(fā)動(dòng)機(jī)推力為4500磅，載荷3000 磅 (1,360.78 千克)，航速400+ 節(jié) (740+ 公里/小時(shí))，最大升限60,000 英尺 (18,288 米)，續(xù)航時(shí)間為20 小時(shí)。

復(fù)仇者（Avenger）無(wú)人機(jī)及其裝配的PW545B發(fā)動(dòng)機(jī)

復(fù)仇者無(wú)人機(jī)以其廉價(jià)的成本和卓越的作戰(zhàn)能力，已經(jīng)成為美軍未來(lái)實(shí)施“蜂群攻擊”戰(zhàn)術(shù)的首選武器。復(fù)仇者可以對(duì)陸地和海洋實(shí)施廣域監(jiān)視，擔(dān)任對(duì)時(shí)敏目標(biāo)的空襲打擊任務(wù)，并能執(zhí)行各種具有挑戰(zhàn)性的軍事行動(dòng)。

TPE 331系列渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)

TPE 331系列渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)是Garrett AiResearch研制的功率為700 kW的中小型單軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，后被霍尼韋爾航空航天集團(tuán)收購(gòu)。

TPE331渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)

通用原子航空系統(tǒng)公司制造的捕食者B（Predator B）和在其基礎(chǔ)上研制的MQ-9死神都選用了TPE 331系列渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。

捕食者（Predator）是美國(guó)空軍的中空長(zhǎng)時(shí)程（MALE）無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。它可以扮演偵察角色，可發(fā)射兩枚AGM-114地獄火飛彈。捕食者機(jī)長(zhǎng)8.27米，翼展14.87米，最大活動(dòng)半徑3700公里，最大飛行時(shí)速240公里，在目標(biāo)上空留空時(shí)間24小時(shí)，最大續(xù)航時(shí)間60小時(shí)。

裝配TPE 331-10T渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的捕食者B無(wú)人機(jī)

MQ-9死神（Reapor）主要任務(wù)是為地面部隊(duì)提供近距空中支援，還可以在山區(qū)和危險(xiǎn)地區(qū)執(zhí)行持久監(jiān)視與偵察任務(wù)。MQ-9死神無(wú)人機(jī)最大飛行速度為460千米/小時(shí)?？蛰d時(shí)的巡航高度為1.5萬(wàn)米，滿載時(shí)為9000米。續(xù)航時(shí)間為27小時(shí)，有效載荷能力達(dá)1746千克。其中包括一個(gè)容錯(cuò)飛行控制系統(tǒng)和三重冗余的航電系統(tǒng)構(gòu)架。

裝配TPE 331-10T渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的MQ-9死神（Reapor）無(wú)人機(jī)

國(guó)內(nèi)高端作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展建議

通過國(guó)外典型高端無(wú)人機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和應(yīng)用情況可以看出，全球高端無(wú)人機(jī)尤其是中高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)主要以中小型渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主。

目前，我國(guó)最先進(jìn)的渦扇500小型發(fā)動(dòng)機(jī)推力為500噸，僅為國(guó)外PW545、FJ44等成熟機(jī)型的四分之一，不足以作為大型作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)的動(dòng)力。不過國(guó)內(nèi)首臺(tái)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1000公斤推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)已經(jīng)完成設(shè)計(jì)研制并對(duì)其進(jìn)行初步考核驗(yàn)證，并將繼續(xù)完成耐久性試驗(yàn)和高空臺(tái)試驗(yàn)。相信不久的將來(lái)，國(guó)產(chǎn)高端作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)將有望配備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的國(guó)產(chǎn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

國(guó)產(chǎn)500公斤推力的渦扇500（WS500）發(fā)動(dòng)機(jī)

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外高端無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的調(diào)研，我國(guó)發(fā)展高端無(wú)人機(jī)用渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，主要需突破一下關(guān)鍵技術(shù)：微型軸流渦輪葉片設(shè)計(jì)制造技術(shù)、微型離心式壓氣機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)、微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮系統(tǒng)主動(dòng)間隙控制技術(shù)、大尺寸高效率單級(jí)風(fēng)扇、高效率、抗流動(dòng)分離強(qiáng)的低壓渦輪、高溫高速陶瓷軸承技術(shù)、微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)技術(shù)、用發(fā)動(dòng)機(jī)與飛行器一體化設(shè)計(jì)技術(shù)制造技術(shù)、低成本制造技術(shù)、微小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)控制、測(cè)試及在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等。

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì), 由于其技術(shù)成熟, 并且在遠(yuǎn)距離巡航時(shí)其經(jīng)濟(jì)性具有突出的優(yōu)勢(shì), 因此, 在航空動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域中可以說(shuō)占據(jù)了絕對(duì)的主導(dǎo)地位。而有專家認(rèn)為, 如同渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)替代活塞發(fā)動(dòng)機(jī)成為航空動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域的主宰一樣, 在不久的將來(lái), 將會(huì)有另一種動(dòng)力系統(tǒng)替代渦輪發(fā)動(dòng)機(jī), 而這種替代系統(tǒng)將于2020年前后問世。因此，我國(guó)在重點(diǎn)開發(fā)高端無(wú)人機(jī)用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)有前瞻性的對(duì)渦輪－沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、基于液氫( LH2) 為燃料的推進(jìn)系統(tǒng)、太陽(yáng)能動(dòng)力技術(shù)和燃料電池推進(jìn)技術(shù)等未來(lái)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)布局和研發(fā)，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)動(dòng)力技術(shù)的彎道超車。

新型無(wú)人機(jī)推進(jìn)技術(shù)