复合材料航空发动机 (航空发动机关键材料)

美空军认为,推进效率可以通过提高耗油率与速度的比值实现,增加机身效率可以通过提高升阻比和降低飞机重量实现,这些都是美国空军增加飞机航程的研究领域。美国空军在航空领域的投资着眼于优化布雷盖特公式的要素来提高航程,继续开发高效的航空发动机,改进空气动力工艺和设计,更多应用先进复合材料技术和制造工艺。此外,未来10年新型飞机形成初始作战能力的同时,对老式飞机的升级也非常重要。

航空发动机关键材料,航空发动机材料制造技术

美空军蒙森空军基地坟场

在近期和中期,升级老式飞机的能源科技也将应用到新型飞机之上,比如空中机动司令部的“联合未来战场空运”(JFTL)和空战司令部的F-X项目就是被关注的焦点。美军预测通过科技革新能源效率的提高幅度将从近期的1~3%提高到中期的20~30%,远期革新包括飞机设计、发动机循环设计、新材料和建造技术,还能提高25~40%的燃油效率。

布雷盖特航程公式,的确是一个值得好好学习天天向上的公式。 在航空领域,很多能源科技都是基于布雷盖特航程公式,比如通过节油增加航程。这个公式用的是微积分算式,具体计划过程比如复杂。

航空发动机关键材料,航空发动机材料制造技术

为了方便计算,航空界还有下面的简化公式。

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下面,我们举例说明这种先进的计算方法。公式中,V指巡航速度,比如按照超音速战斗机的巡航特性,假设10000米高度下歼-31战斗机的巡航速度为0.8马赫,此高度下音速约为300米/S,0.8马赫换算为864千米/小时。

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C-17“全球霸王III”战略运输机

C指发动机耗油率,如果歼-31战斗机发动机的巡航耗油率台架值为0.77 千克/(daN·h),将高空或调整飞行的耗油率取一个修正值,也就是在10000米高空0.8马赫速度下的油耗值为0.95千克/(daN·h)。

L/D是巡航升阻比,以F-35联合攻击机为例,机体是翼身融合设计,阻力比F-15战斗机更小,且机身具备一定的升力特性,所以其巡航升阻比估计略高于F-15A,取中间值可设计该机的L/D设为11。

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美空军MC-130J从佐治亚州飞往J国

Winitial是巡航起始时的飞机重量,在下面的计算中,标记为Wi。Wfinal是巡航结束时的飞机重量,在计算中可标记为Wf。在开始计算上面的两个重量之前,要先把飞机滑行,起飞,爬升,以及降落的燃油消耗量先计算出来,除此之外还要把机内的备份燃油和不可用燃油的重量计算出来。

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F-35B在“美国号”两栖攻击舰上进行了概念演示

歼-31在这次计算中,也按美国空军5%的备份燃油标准比例计算,W1=3% ,W2=4% ,W3=1.5% ,W4=5% ,W5=17%,W6=3.5%,假设飞机空重13.5吨,内油携带量是7.3吨,根据上面的计算方法计算Wi和Wf。Wi=13.5+7.3(100%-W1-W5)=5.84+13.5=19.34t;Wf=13.5+7.3*(W2+W3+W4+W6)=1.03+13.5= 14.53t。

根据上面的简化公式,代入V=864KM/H,C=0.95kg/(daN·h),L/D=11,得到的结果为Rc=Rc=2860千米,加上爬升和降落的距离100千米,歼-31总的转场航程可能是2960千米,当然这都是理论计算,是练习题,别当文件看。