作 者：薛然然,李凤超,任立磊
单 位：中国航空发动机集团有限公司 中国航空发动机研究院
文章亮点：小型涡轮喷气和涡轮风扇发动机可为高亚音速、中远程导弹提供理想的巡航动力,是各军事强国竞争的焦点。弹用涡轮发动机具有成本低、寿命短、尺寸小、转速高、增压比低、容积热强度大、起动和点火方式多样等特点,已被广泛应用于巡航、反舰和空地等多种战略与战术导弹。从国内外主要产品及其技术参数、性能与结构基本特点、应用现状、发展趋势等方面,对20世纪70年代以来100~700daN推力范围内弹用涡轮发动机的发展情况进行梳理和分析。指出更低成本、更少油耗和更优结构将是未来导弹推进系统继续追求的目标;螺桨风扇发动机高速性好、耗油率低,脉冲爆震涡轮发动机循环效率高、结构简单,是未来先进弹用涡轮发动机重要的发展方向。
研究背景：导弹自第二次世界大战后期投入实战以来,已经在多次战争中取得显赫战绩。1967年第三次中东战争中,埃及导弹艇发射了多枚TermitP-15反舰导弹,击沉一艘以色列驱逐舰,首创反舰导弹击沉敌方舰艇的历史,改写了“大舰必胜小舰暠的海战规则。1982年马岛海战中,阿根廷攻击机发射的一枚ExocetAM39反舰导弹直接命中英国主力导弹驱逐舰,该超低空掠海突防模式沿用至今。1991 年海湾战争中,从水面舰艇和水下潜艇上共计发射了近300枚TomahawkBGM-109巡航导弹,摧毁了伊拉克军队的指挥控制中心、防空武器阵地等重要目标,这也是TomahawkBGM-109巡航导弹首次被大规模使用。2015年叙利亚反恐战争中,俄罗斯海军轻型护卫舰从1500km外的里海海域发射了20余枚Kalibr3M14对陆攻击导弹,极大地打击和震慑了伊斯兰国(IS)极端组织。
发动机是导弹的核心部件,主要包括固体火箭、液体火箭、冲压、涡轮喷气和涡轮风扇等类型。早在20世纪40年代,涡轮喷气发动机就被用作战 略导弹的巡航动力装置,但其大多由飞机发动机改造而成,成本高、尺寸大、维护难,与火箭发动机竞争缺乏优势,因此并未得到广泛使用。直到20世纪70年代初,以J402、F107和TRI60等为代表的低成本、小尺寸、短寿命燃气涡轮发动机的研制成功,才在很大程度上促进了先进巡航、反舰和空地导弹的快速发展。
弹用涡轮发动机的推力范围为10~700daN, 其中100daN以下的属于微型涡轮发动机。本文重点关注100~700daN 的小型涡轮发动机,梳理了20世纪70年代以来弹用涡轮发动机的研发进展,汇总了国内外典型型号及其主要技术参数,介绍了它们的性能与结构特点,分析了螺桨风扇和混合式脉冲爆震等新型涡轮发动机的潜在优势,以期为今后研究小型弹用涡轮喷气、涡轮风扇和新概念涡轮发动机提供参考。
结束语：(1)美国、法国和俄罗斯等军事强国均积极研发小型弹用涡轮喷气和涡轮风扇发动机,相继推出 J402、F107、TRI60和 R95-300等系列产品,极大地促进了巡航、反舰和空地导弹的快速发展。导弹武器在现代高科技局部战争中发挥着不可替代的作用,先进弹用涡轮发动机技术仍将是研究的热点。
(2)小型弹用涡轮发动机成本低、寿命短、尺寸小、转速高、增压比低、容积热强度大、起动和点火方式多样。如何在最低限度满足性能要求的前提下,进一步降低成本、减少油耗、简化结构仍将是今后重要的发展方向。
(3)传统涡轮发动机技术日臻完善,性能提升越来越困难。螺桨风扇、脉冲爆震等新型涡轮发动机在循环效率、燃油消耗或系统结构等方面具有潜在优势,若能够突破现存的技术瓶颈,则有望取代涡轮喷气和涡轮风扇发动机,成为未来导弹的巡航动力。
