分析飞机发动机反推力装置的创新设计

孙淑璐1刘洋2贾晓彤3李青阳4

关键词：飞机发动机；反推力装置；创新设计

如今，军事、民用都对飞机发动机提出了更高要求，为保证飞行性能，需要采用反推力装置。而作为发动机重要组成部分，反推力装置需要满足多种性能要求，开展创新设计。

1反推力装置主要优势分析

军用领域采用反推力装置，除了可以缩短着陆是飞机滑跑的距离，还能保证作战性能；民用运输机采用反推力装置，有着极高的实用与经济价值。从正式引入反推力装置开始，着陆时飞机的滑坡距离可以从3000m减小至不超过450m。基于此，这是现在被公认的飞机重要装置。

研究和实践都表明，采用反推力装置后，无论是减小起飞还是着陆时的飞机滑跑距离都十分有效，除了能提高减速效率，还能避免制动效果由于跑道覆冰与潮湿而受到很大影响。该装置无需重新包装，对机场设置也没有任何要求，不会受到着陆面积等因素的影响和限制，能发挥出良好的应急处理效果，比其它所有减速方法都更可靠和平稳。因此，现在正大量用于民用及军用飞机[1]。

2反推力装置基本原理与技术要求

2.1基本原理

反推力指的是采用某种方法，通过对喷气流作用方向的改变，使直接作用于发动机的作用力沿和前进相反的方向形成一定推力分量。发动机按照反推力模式进行工作的过程中，阻流门将涵道流路完全挡住，促使原本排向后方的气流被折到导流叶栅当中，同时沿着叶栅从前方排除，实现预期的减速和反推等目标。

2.2技术要求

将反推力装置安装好后，即可形成动力装置重要组成部分，对工作性能及成本都会造成直接影响。对此，设计过程中必须对基本条件予以充分考虑，以切实满足相关技术要求。技术要求主要包括以下几点：

其一，易操纵性，即响应必须灵活，且安全可靠，可在要求的时间内立即打开并收回。

其二，具有良好的安全性能，即结构应紧凑，结构布局符合气动等基本要求，和机身或者是短舱可以达到最佳匹配状态。

其三，具有较强的承载能力，即应能承受起飞与着陆过程中产生的所有载荷，包括机械载荷与气动载荷[2]。

其四，流量损失应达到最小，即装置和机身间的接触表面必须严格密封，避免由于气流泄漏产生损失。同时，减小操纵件造成的影响和干扰，防止产生流阻损失。

其五，具有良好的稳定性，反推力应保持平衡，避免对滑跑或者是机身结构造成影响与干扰，保证飞机着陆与滑跑过程中的平稳性。

除此之外，还应对以下条件进行充分考虑：

第一，防止反推力的排气对短舱造成太大冲击，使材料因疲劳而产生损伤；第二，防止发动机二次吸入从反推力装置产生的排气，消除发动机喘振；第三，减少由于反推力冲量产生的碎石，防止对机身结构造成损伤；第四，和减声装置之间的匹配必须保持协调，避免机身结构由于声压交变负荷产生损坏；第五，结构应尽可能的轻巧和简便，并便于检修维护。

3反推力装置创新设计

现提出以下三种创新设计形式。

3.1抓斗形折流板反推力器

该推力器可细分成以下两种：其一，处在喷管的后方；其二，处在喷管的前方。此装置应安装于短舱后部，将短舱伸出到翼外，如果安装位置不正确，将产生升力，导致反推效率大幅降低。通常情况下，排气流和中心线之间的偏离越大，效率越低。另外，早期发动机大多用于跨声速飞机，其反推效率要求一般很低，所以这种创新形式的反推力器大多用在涵道比相对较小的发动机。但这种创新形式也存在很多缺点，如自重较大、气流易作用于机身其它结构，造成不利影响[3]。

3.2折流栅反推力器

这种创新的反推力器主要由以下部分组成：阻流板、导流叶栅和叶栅盖。在工作过程中，整流罩不断向后移动，到露出叶栅为止，涵道气流被阻流板挡住，折入叶栅当中进行定向流出。该反推力器用于涵道气流，一般安装于短舱中央，而排气从机翼前部排出。这一装置的结构更加紧凑和灵巧，反推力较为平稳，在短舱中有很大空间，能满足基本的定位要求。该创新形式的反推力器主要用在涡轮风扇式飞机发动机，最大时，反推力可以达到总推力70%。但这种创新形式也存在很多缺点，如机械协调件数量较多，且结构十分复杂，如果阻流板或者是叶栅盖产生气流泄漏，则会降低发动机的各项性能。

3.3瓣式转动折流门反推力器

这种创新的反推力器主要由以下几部分组成：（1）枢轴转动门；（2）驱动机构。在工作过程中，折流门围绕枢轴发生转动，各组门内侧主要起到类似于阻流板的作用，将涵道气流完全挡住；而外侧部分则对排气起到相当于定向导流的作用，形成一定反推力。该创新形式的反推力器主要用于涡轮风扇式飞机发动机，该反推力器的反推力可以达到静推力四成左右，现在很多客机都再使用这种创新的反推力器。在特点上，这种反推力器尽管比之前提到的折流栅更为简单，但却比折流板要复杂的多，而且折流门还会对密封效果造成很大影响。

对于高性能飞机，其对技术的要求不断提高，对反推力装置也提出了极高要求。针对具备反推力功能的新型战斗机，反推力装置不仅要保证发动机可以正常工作，而且还应与其矢量喷管良好匹配。在大型民用客机中，为保证飞机性能，其发动机涵道比必须足够大，用于保证内性能，增加推力。但飞机采用的是十分紧凑的短舱结构，用于对安装性能进行改善，降低飞机飞行时的阻力。如果涵道比较大，则说明风扇流量也会明显增大，此时需要增大流通面积，只有这样，才可以保证工作裕度。但短舱具有的紧凑性特点却严重限制了装置尺寸及轴向定位，所以创新设计过程中应权衡所有制约因素和条件。除此之外，对于超声速运输机，其巡航速度和起飞与着陆时的速度比极高；按相关资料，当Ma为2.5时，这一比值可以达到7-8[4]。可见，为有效缩短滑跑距离，应提供足够反推力，以减慢着陆的速度。对此，在从正推力过渡至反推力的过程中，较大的涵道比，将受到更强载荷，包括振动、气动与热载荷。因此，优化设计过程中，需要对装置承受载荷的能力、气动形廓以及几何参数等进行综合考虑和确认。优化设计和选型的过程中，除了要充分考虑装置反推力气流造成的冲击及其它影响，还应对密封件与传动机构等可能对内流造成的干扰及泄漏损失进行分析考虑，保证创新设计成果的合理性与可行性。

4结束语

综上所述，反推力装置作为现在大型飞机与将来飞行动力装置重要组成部分，其开发研制及创新设计对促进我国航空事业快速发展具有极为重要的作用与意义。在实际的创新设计过程中，需要根据国内外相关文献与资料，通过深入的分析研究和综合确定合理可行的创新设计方案，以此为这一专业的技术和设计人员提供可靠参考借鉴。

参考文献：

[1]柯杰，戚学锋，王鹏.民用飞机发动机反推力装置作动系统的应用研究[J].民用飞机设计与研究，2013（1）：14-17.

[2]段卓毅，廖振荣，钱瑞战.基于CFD的某民机叶栅式反推力装置/飞机匹配设计评估[J].气体物理，2016，1（6）：50-55.

[3]周雷声，杨铁链.民用飞机反推力装置对发动机短舱排液性能影响试验研究[J].科技创新导报，2014（25）：24-25.

[4]张艳慧，秦浩，王代军.发动机反推力系统安全性设计[J].航空动力学报，2015，30（7）：84-92.