21世紀(jì)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)

21世紀(jì)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)超高速飛行器用發(fā)動(dòng)機(jī)超高速飛行器是指飛行馬赫數(shù)大于4以上的飛行器。由于中低空空氣密度大，飛行器高速飛行時(shí)空氣與其機(jī)體產(chǎn)生的氣動(dòng)加熱問(wèn)題難于解決，所以其一般只在高空或高高空（飛行高度大于30公里）飛行。在這種高空高速工作狀況下，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)已失去優(yōu)勢(shì)，必須依靠其他動(dòng)力形式或與其他動(dòng)力形成組合動(dòng)力。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)這是一種燃料可在超聲速氣流中進(jìn)行燃燒的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料都是在亞聲速氣流中進(jìn)行燃燒的，故被稱為亞聲燃燒）。采用超聲速燃燒的優(yōu)點(diǎn)是：能減少氣流壓縮和膨脹的損失；降低氣流溫度和壓力；減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)負(fù)荷。發(fā)動(dòng)機(jī)采用液氫或碳?xì)淙剂虾?，可在馬赫數(shù)6?25的范圍內(nèi)工作，并可將飛行高度延伸到大氣層邊緣（50?60公里）。與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比，這種發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需自帶氧化劑，使有效載荷大大增加，可作為高超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速飛機(jī)、跨大氣層飛行器、可重復(fù)使用的空間發(fā)射器和單級(jí)入軌的空天飛機(jī)的動(dòng)力裝置。按燃燒形式，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分為擴(kuò)散燃燒（燃料和氧化劑邊混合邊燃燒）和爆震燃燒（燃料和氧化劑預(yù)先混合后再燃燒）；按流動(dòng)方式分為內(nèi)部燃燒和外部燃燒。典型的型式有：亞燃／超燃雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、亞燃／超燃雙燃燒室沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、與飛行器機(jī)體一體化的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、組合式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等。早在上世紀(jì)50年代，國(guó)外就投入大量的人力物力進(jìn)行超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。從90年代開(kāi)始，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向高速巡航導(dǎo)彈用發(fā)動(dòng)機(jī)。目前，美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、加拿大、德國(guó)、印度、意大利等國(guó)都在發(fā)展馬赫數(shù)4?8、采用碳?xì)淙剂?、射?000公里以上的巡航導(dǎo)彈用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。預(yù)計(jì)到2010年，以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的高超聲速巡航導(dǎo)彈就將問(wèn)世；到2025年，以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的高超聲速空天飛機(jī)有可能投入使用。在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方面，俄羅斯在世界居領(lǐng)先地位。1991年，俄羅斯的亞燃／超燃雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)首次進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，迄今共完成了5次飛行，飛行馬赫數(shù)最高達(dá)65。美國(guó)由NASA主持，在1986?1994年，開(kāi)展了X-30“國(guó)家空天飛機(jī)(NASP)”計(jì)劃，進(jìn)行了空天飛機(jī)的概念研究、方案設(shè)計(jì)及主要關(guān)鍵技術(shù)的機(jī)理研究、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬。1995N2002年，NASA在NASP計(jì)劃的基礎(chǔ)上，又開(kāi)展了X-43A“高超聲速-X”計(jì)劃，進(jìn)行空天飛機(jī)的縮比模型、飛行試驗(yàn)和超燃發(fā)動(dòng)機(jī)飛行測(cè)試，共制造了3架試驗(yàn)機(jī)。該飛行器長(zhǎng)約3.6米，首次飛行于2001年6月進(jìn)行。X-43A由B-52搭載起飛，利用改進(jìn)的“飛馬座”運(yùn)載火箭加速至馬赫數(shù)3；然后由自身的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作5-10秒，加速至馬赫數(shù)7?10，飛行高度大于3萬(wàn)米。美國(guó)空軍從1995年開(kāi)始實(shí)施“高超聲速技術(shù)計(jì)劃”(HyTech),目標(biāo)是一次性使用或重復(fù)使用的高超聲速軍用飛行器。這種導(dǎo)彈飛行馬赫數(shù)4-8，射程1400公里；其發(fā)動(dòng)機(jī)為采用液體碳?xì)淙剂系碾p模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。最近，該計(jì)劃更名為HySET(高超裝置)，預(yù)計(jì)于2006年開(kāi)始飛行試驗(yàn)，2007年完成飛行試驗(yàn)。從2001年開(kāi)始，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局和海軍聯(lián)合開(kāi)展了“高超聲速飛行驗(yàn)證計(jì)劃”，為期4年。目標(biāo)是發(fā)展最高巡航馬赫數(shù)6、射程1110公里的巡航導(dǎo)彈；其發(fā)動(dòng)機(jī)為采用普通碳?xì)淙剂系某紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)。該計(jì)劃目前正在進(jìn)行不同飛行狀態(tài)(馬赫數(shù)6.5、3.5和4)的地面試驗(yàn)，預(yù)計(jì)2005年完成飛行試驗(yàn)。法國(guó)從1985年開(kāi)始液態(tài)碳?xì)淙剂铣紱_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。1992年，法國(guó)政府制定了高超聲速超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究計(jì)劃——PREPHA計(jì)劃。目的是通過(guò)地面試驗(yàn)，驗(yàn)證馬赫數(shù)4-8的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。該發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展目標(biāo)是單級(jí)入軌的航天飛機(jī)。為期6年的這項(xiàng)計(jì)劃在相當(dāng)馬赫數(shù)6的速度下進(jìn)行了多次試驗(yàn)。1999年，法國(guó)武器采購(gòu)局決定延長(zhǎng)PREPHA的研究工作，開(kāi)始了為期5年的*****EE研究計(jì)劃，以探討碳?xì)淙剂蟻喨迹茧p模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種空射型導(dǎo)彈動(dòng)力的可行性。該計(jì)劃主要研究M數(shù)18?8的可變幾何亞燃/超燃雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。目前，M數(shù)7.5的試驗(yàn)已結(jié)束，正進(jìn)行一個(gè)全尺寸模型的設(shè)計(jì)。1995年，法國(guó)與俄羅斯開(kāi)始聯(lián)合研制M數(shù)3-12的可重復(fù)使用發(fā)射器(RLV)和空間飛行器用雙燃料(煤油、氫)雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī);2000年，開(kāi)始首次試驗(yàn)。澳大利亞昆士蘭(Queensland)大學(xué)從1999年領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)國(guó)際合作的氫燃料超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)計(jì)劃——HyShot計(jì)劃。2002年7月，該計(jì)劃的飛行試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了超聲速燃燒，試驗(yàn)馬赫數(shù)達(dá)到7.6。日本從1984年開(kāi)始研究超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，已建成可模擬飛行高度35公里、飛行速度M數(shù)8的高超聲速自由射流試驗(yàn)臺(tái)，并作了大量高馬赫數(shù)模擬試驗(yàn)。目前，日本已制定了以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的單級(jí)入軌空天飛機(jī)(sso)計(jì)劃。它是一種有人駕駛可像普通飛機(jī)一樣起飛和著陸的能載10人的民用飛機(jī)，計(jì)劃到2005年結(jié)束。此外，德國(guó)和印度也在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上作了大量基礎(chǔ)性研究。印度國(guó)防部正在實(shí)施先進(jìn)吸氣式跨大氣層飛行器(AVATAR)計(jì)劃，將采用渦扇/超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合動(dòng)力。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn)主要有：?燃料的噴射、摻混、點(diǎn)火和燃燒；?燃燒室的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)技術(shù)；?發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)體(彈體)的一體化設(shè)計(jì)；?耐高溫材料和吸熱燃料。根據(jù)需要把幾種發(fā)動(dòng)機(jī)組合起來(lái)使用，比如：渦輪噴氣＋超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)該發(fā)動(dòng)機(jī)以沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為外殼，內(nèi)置一臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)飛行器起飛和低速飛行時(shí)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口打開(kāi)并工作；飛行器加速到一定速度后(如馬赫數(shù)大于2)，進(jìn)氣口關(guān)閉，此時(shí)整個(gè)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣錐，氣流繞過(guò)其外殼進(jìn)入沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，進(jìn)行超聲速燃燒，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，并將飛行器加速到更高的速度；減速時(shí)工作程序則相反。該發(fā)動(dòng)機(jī)既可實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行，又可覆蓋現(xiàn)有噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分飛行包線，是未來(lái)大氣層內(nèi)以吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的高速飛行的理想動(dòng)力裝置。超燃沖壓＋火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為了達(dá)到更高的飛行速度和高度，飛行器將在大氣層與外層空間的邊緣處飛行(高度50~100公里)。此處空氣極其稀薄，氧含量極低，完全依靠吸入外部空氣中的氧氣來(lái)維持工作已十分困難，必須采取吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的組合動(dòng)力裝置。裝備該動(dòng)力的飛行器除攜帶燃料外，還需攜帶部分氧化劑。當(dāng)飛行器在大氣層內(nèi)飛行時(shí)，以沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，完全利用吸入的空氣與燃料摻混燃燒；隨著飛行高度的提高，吸入的氧含量越來(lái)越少，將根據(jù)需要補(bǔ)充部分氧化劑，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為吸氣＋火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的混合工作模式；隨著飛行高度的進(jìn)一步升高，在飛出大氣層后，發(fā)動(dòng)機(jī)將由吸氣式轉(zhuǎn)為完全的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式，為飛行器在外層空間的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。這時(shí)必須使用高熱值液氨燃料，在提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)，還將其用于冷卻高溫機(jī)體和熱端部件。氧化劑既可完全依靠自帶，也可利用大氣層內(nèi)的飛行過(guò)程，吸收并儲(chǔ)存大氣中的氧氣，供外層空間飛行時(shí)使用。這種形式的發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)大氣層內(nèi)外的往返自由飛行，是天地往返式可控飛行的優(yōu)選動(dòng)力方案之一。變循環(huán)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)+沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)20世紀(jì)90年代，針對(duì)高超聲速運(yùn)輸機(jī)的動(dòng)力需求，美、英、法、俄、日等國(guó)單獨(dú)或合作研究了多種方案：如渦輪涵道發(fā)動(dòng)機(jī)、外涵燃燒風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、超聲速通流風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇一沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)等。1989~1999年，由日本政府主持、日本三家發(fā)動(dòng)機(jī)公司和四家國(guó)立實(shí)驗(yàn)室以及美、歐四家著名發(fā)動(dòng)機(jī)公司參加，共投資3億美元，實(shí)施了超聲速和高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)研究計(jì)劃(HYPPO,取得重大突破。在此基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了一項(xiàng)新的計(jì)劃，以為下一代馬赫數(shù)5的高超聲速運(yùn)輸機(jī)研發(fā)動(dòng)力裝置。這是一種組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(CCE),由變循環(huán)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)(VCE)和以甲烷為燃料的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合而成，海平面靜態(tài)推力*****公斤力。裝機(jī)對(duì)象是300座4發(fā)的高超聲速客機(jī)。其最大起飛重量440噸；巡航速度為馬赫數(shù)5，巡航高度28.3公里；航程*****公里，從東京到紐約僅3個(gè)小時(shí)，只有目前飛行時(shí)間的1／5左右。該機(jī)在起飛和著陸時(shí)，VCE的涵道比增加以降低噪聲；在馬赫數(shù)3以下巡航時(shí)，VCE的涵道比減小以使燃料消耗最少而具有大的單位推力：在馬赫數(shù)3以上巡航時(shí)，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)取代VCE投入工作。這種高超聲速客機(jī)預(yù)計(jì)2030年左右進(jìn)行試飛。多(全)電發(fā)動(dòng)機(jī)這是一種采用大功率整體起動(dòng)／發(fā)電機(jī)、主動(dòng)磁浮軸承系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)、電動(dòng)燃油泵和電力作動(dòng)器等新技術(shù)及系統(tǒng)的新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)(圖十二)。由于取消了傳統(tǒng)的接觸式滾動(dòng)軸承、滑油系統(tǒng)、功率提取軸、減速器和有關(guān)機(jī)械作動(dòng)附件，從而大大減輕了重量，降低了成本，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)迎風(fēng)面積，改善了可靠性和維修性；并能減小振動(dòng)，對(duì)葉片間隙進(jìn)行主動(dòng)控制等。主要技術(shù)包括：整體起動(dòng)／發(fā)電機(jī)多電發(fā)動(dòng)機(jī)的整體起動(dòng)／發(fā)電機(jī)裝在風(fēng)扇軸上，為飛機(jī)提供所用的大量電力。它利用電機(jī)的可逆原理，在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作前作為電起動(dòng)機(jī)工作，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子到一定轉(zhuǎn)速后噴油點(diǎn)火，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)；此后，發(fā)動(dòng)機(jī)反過(guò)來(lái)帶動(dòng)電機(jī)，成為發(fā)電機(jī)，為飛機(jī)用電設(shè)備供電。采用整體起動(dòng)／發(fā)電機(jī)，取消了功率提取軸和減速器，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)重量和迎風(fēng)面積；所產(chǎn)生的電功率由兩根以上的發(fā)動(dòng)機(jī)軸分擔(dān)，能夠重新優(yōu)化燃?xì)獍l(fā)生器，有利于控制喘振和擴(kuò)大空中點(diǎn)火包線，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的適用性；易于獲得大的電功率。主動(dòng)磁浮軸承主動(dòng)磁浮軸承(AMB)是利用電磁力使軸承穩(wěn)定懸浮起來(lái)，且軸心位置可由控制系統(tǒng)控制的一種新型軸承它包括位移傳感器、控制器、功率放大器和電磁作動(dòng)器。位移傳感器用于監(jiān)視軸的位置，并將信息傳入控制系統(tǒng)；由其確定必要的控制信號(hào)，并送入功率放大器，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶抛鲃?dòng)器的增大電流，使旋轉(zhuǎn)軸位于軸承作動(dòng)器的中心。主動(dòng)磁浮軸承具有無(wú)磨損、無(wú)需潤(rùn)滑、壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速高、無(wú)噪聲、無(wú)污染、運(yùn)行成本低、安全性高和振動(dòng)小等許多優(yōu)點(diǎn)。用主動(dòng)磁浮軸承系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式滾動(dòng)軸承、潤(rùn)滑系統(tǒng)和機(jī)械（液壓、氣壓）,作動(dòng)系統(tǒng)，能夠大大減少發(fā)動(dòng)機(jī)的零件數(shù)，從而大大減輕系統(tǒng)的重量（預(yù)計(jì)大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)可減重10%?15%）,降低復(fù)雜性，改善可靠性和維修性，降低成本，免除普通發(fā)動(dòng)機(jī)滑油帶來(lái)的著火危險(xiǎn)；由于磁浮軸承能承受更高的溫度（550?600度），因此可設(shè)計(jì)得離燃燒室或渦輪更近，使發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更緊湊；另外，采用主動(dòng)磁浮軸承可以減少振動(dòng)，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性。磁浮軸承不僅可進(jìn)行主動(dòng)振動(dòng)控制和葉尖間隙控制，還可進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視。圖十三為美國(guó)為多電發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的高溫主動(dòng)磁浮軸承。由于高溫主動(dòng)磁浮軸承是機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，涉及機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，存在很多技術(shù)難點(diǎn)，因此是國(guó)外多電發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。分布式控制系統(tǒng)目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)所用集中式全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)（FADEC）的所有控制處理和計(jì)算以及輸入輸出信號(hào)的濾波和處理，都通過(guò)一個(gè)FADEC裝置實(shí)現(xiàn)。多電發(fā)動(dòng)機(jī)分布式控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線與系統(tǒng)中多個(gè)靈巧作動(dòng)器或傳感器相連。每個(gè)靈巧作動(dòng)器或傳感器都具有一定的處理功能，可執(zhí)行當(dāng)?shù)氐墓δ堋２捎梅植际娇刂颇艽蟠鬁p輕航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重量；提高其可用性；改善故障隔離特性；減少壽命期成本；減輕駕駛員的工作負(fù)荷；改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制等。采用分布式控制系統(tǒng)的大型民用發(fā)動(dòng)機(jī)，預(yù)計(jì)重量可減輕50公斤左右；維修成本可減少20%?30%。電動(dòng)燃油泵電動(dòng)燃油泵是多電發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃油泵均為固定排量的齒輪泵。這種燃油泵可靠性很高，但由于齒輪泵轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速直接相關(guān)，因此在有些飛行狀態(tài)下，齒輪泵所提供的燃油遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃油量。為解決這個(gè)問(wèn)題，大量的燃油要重新流回燃油箱。結(jié)果是燃油的溫度升高，必然對(duì)其進(jìn)行冷卻，以防止燃油系統(tǒng)超溫。由于具有智能控制器的電動(dòng)燃油泵轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不相關(guān)，因此可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的需要調(diào)整轉(zhuǎn)速，提供其所需燃油且無(wú)需燃油流回。這樣可減輕系統(tǒng)的重量。電力作動(dòng)器電力作動(dòng)器也是多電發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一。因傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的液壓作動(dòng)器始終有泄漏，故當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能下降時(shí)，總難以判斷是否液壓作動(dòng)器的泄漏造成。采用電力作動(dòng)器則很容易進(jìn)行故障識(shí)別。這是因發(fā)電機(jī)和功率電子設(shè)備都傳遞自己的信號(hào)。此外，傳統(tǒng)機(jī)械液壓作動(dòng)器的拆除非常麻煩；而電力作動(dòng)器的拆除非常簡(jiǎn)單，只需斷開(kāi)電路，擰下與作動(dòng)器連接的螺栓即可。鑒于多（全）電發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性，美國(guó)和歐共體在20世紀(jì)90年代先后實(shí)施了多（全）電發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃。美國(guó)主要在多（全）電飛機(jī)（MEA）計(jì)劃和發(fā)動(dòng)機(jī)IHPTET計(jì)劃下組織實(shí)施。NASA劉易斯研究中心和陸軍研究實(shí)驗(yàn)室還有一項(xiàng)專門的多（全）電燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃。歐共體五國(guó)（英、法、德、奧地利和瑞士）在1998年啟動(dòng)了航空渦輪機(jī)主動(dòng)磁性軸承（AMBIT）計(jì)劃。特種用途的超微型發(fā)動(dòng)機(jī)特種用途發(fā)動(dòng)機(jī)主要是指微型無(wú)人機(jī)用的超微型發(fā)動(dòng)機(jī)，包括微型活塞式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、以燃油或氫為燃料的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、微型線性電動(dòng)機(jī)等。這些微型動(dòng)力大多基于微機(jī)電技術(shù)（MEMS）、納米技術(shù)、量子技術(shù)制造。其共同特點(diǎn)是：小巧緊湊；功率密度大；轉(zhuǎn)速高；重量一般不超過(guò)10克；尺寸在幾毫米至十幾毫米之間；功率為幾瓦至數(shù)十瓦（推力十幾克），主要裝備尺寸在15厘米以下的各種微型飛行器。微型動(dòng)力被廣泛用于遠(yuǎn)距離傳感、通信中繼、電子干擾、檢測(cè)生化武器以及近距離作戰(zhàn)等。美國(guó)于1997年開(kāi)始實(shí)施微型飛行器(MAV)計(jì)劃，先后進(jìn)行了“黑寡婦”、“克里卜里”、“微星”、“微船”等微型飛行器的開(kāi)發(fā)。其中動(dòng)力開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是超微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。超微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種基于微機(jī)電技術(shù)(MEMS)、紐扣大小的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。它利用半導(dǎo)體制造技術(shù)，由多層硅片疊堆而成，包括壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、噴管等幾大部件。其工作原理與傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)相同。兩者最大區(qū)別是：尺寸特別?。晦D(zhuǎn)速特別高；燃燒時(shí)間短；設(shè)計(jì)、加工制造比較困難。超微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)除用于超微型飛行器動(dòng)力外，還可用于機(jī)翼和環(huán)流主動(dòng)吹風(fēng)控制器、射流控制器、便攜式電源、微型空調(diào)以及電子設(shè)備等。據(jù)報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)于1994年開(kāi)始這種發(fā)動(dòng)機(jī)的研究；2000年首臺(tái)驗(yàn)證機(jī)地面臺(tái)架運(yùn)轉(zhuǎn)；2001年基準(zhǔn)微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了地面試驗(yàn)和空中試飛。該微型發(fā)動(dòng)機(jī)由6層硅片疊堆而成。壓氣機(jī)和渦輪均為徑向離心式。輪緣切線速度為500米／秒，轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘240萬(wàn)轉(zhuǎn)(常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速只有每分鐘*****?*****轉(zhuǎn))。發(fā)動(dòng)機(jī)外徑12毫米，長(zhǎng)3毫米，和一顆襯衫紐扣大小差不多。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣流量為0.15克／秒(相當(dāng)116毫升／秒左右)，比正常人一次呼吸吸入的空氣量還少。其燃燒室出口溫度高達(dá)1600K；功率輸出16瓦；推力12?13克力；重量1克；燃油消耗量為7克／小時(shí)。該發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃用于美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局研制的翼展127毫米、重量50克、飛行速度57?114公里／小時(shí)、航程60?120公里的微型無(wú)人機(jī)上。俄羅斯中央航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院(CIAM)也在研制“象指甲蓋大小的超微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)”。由于小尺寸流動(dòng)機(jī)械的氣動(dòng)損失和傳熱問(wèn)題很大，燃燒時(shí)間過(guò)短零件的加工制造困難，因此會(huì)帶來(lái)一些技術(shù)難題：?燃燒問(wèn)題；?空氣軸承和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；?內(nèi)部傳熱；?制造；?發(fā)動(dòng)機(jī)部件的連接技術(shù)。新能源航空發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需空中加油使飛機(jī)在空中長(zhǎng)時(shí)間飛行是航空師的一大夢(mèng)想。為此，有兩種途徑可供選擇：一是利用高能燃料替代傳統(tǒng)的航空煤油；二是利用電能、核能、太陽(yáng)能等新能源。這些新型能源具有環(huán)保無(wú)污染、儲(chǔ)量充足等優(yōu)點(diǎn)。以該類能源為動(dòng)力的飛行器能不著陸長(zhǎng)航時(shí)不間斷巡航飛行；人員與物資的轉(zhuǎn)運(yùn)、補(bǔ)充則通過(guò)短距轉(zhuǎn)運(yùn)飛行器實(shí)施；從而形成重要城市及洲際的環(huán)球定期航班；并可作為高空無(wú)限航時(shí)的偵察、通信中繼、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象觀察等軍民用飛行器的動(dòng)力裝置，部分代替衛(wèi)星的功能。若在一些關(guān)鍵技術(shù)和原理上取得突破，新能源動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)很有可能在本世紀(jì)航空動(dòng)力技術(shù)上占據(jù)重要的一席之地。目前各國(guó)陸續(xù)開(kāi)展的多種新能源航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研究主要有：氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)氫燃料按重量計(jì)熱值是煤油的2.78倍，且燃燒時(shí)不產(chǎn)生碳氧化物和煙塵，氮氧化物比煤油燃燒時(shí)少2／3。因此，用液氫作航空燃料具有熱值高、飛行時(shí)間長(zhǎng)或有效載荷大、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于運(yùn)輸機(jī)和民航旅客機(jī)。缺點(diǎn)是液氫密度小（為煤油的1／12）、體積大、工作溫度低（-253度）、成本高、運(yùn)輸和儲(chǔ)存困難。對(duì)此，美、俄、西歐已進(jìn)行了多年研究，目前正在半商業(yè)性試驗(yàn)。據(jù)歐洲空客公司預(yù)測(cè)，2004年歐洲生產(chǎn)的飛機(jī)將大規(guī)模采用液氫燃料。液態(tài)天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)全球的天然氣儲(chǔ)量比石油大（可開(kāi)采100-200年）。液態(tài)天然氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的碳氧化物、氮氧化物和煙塵比煤油少，而沸點(diǎn)和密度比液氫高，由低溫和容積引起的技術(shù)難題比液氫容易解決。因此，液態(tài)天然氣可作為一種過(guò)渡性燃料。太陽(yáng)能發(fā)動(dòng)機(jī)是利用太陽(yáng)能電池組，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑼ㄟ^(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳使飛機(jī)在高空飛行的動(dòng)力裝置。目前美國(guó)正在研制的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)“太陽(yáng)神”號(hào)，以二次高能電池和太陽(yáng)輻射能為動(dòng)力該機(jī)機(jī)翼和安定面上裝有*****片硅太陽(yáng)能電池；共有14個(gè)推進(jìn)器，在理想的陽(yáng)光照射下輸出功率達(dá)到40千瓦?！疤?yáng)神”號(hào)于2001年7-8月進(jìn)行了試驗(yàn)飛行。其最大飛行高度29公里，留空時(shí)間18個(gè)小時(shí)。燃料電池電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料電池可將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，再通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳或旋翼。燃料電池由燃料、氧化劑、電極、電解液四部分以及控制等系統(tǒng)組成。燃料主要有烴類、天然氣、氫、甲醇等。燃料電池的工作原理與一般電池類似，都是通過(guò)電極上的“氧化一還原反應(yīng)”使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。它們的區(qū)別在于：一般電池的反應(yīng)物質(zhì)是預(yù)先放在電池內(nèi)的，一旦這些反應(yīng)物消耗盡，電池就不能繼續(xù)供電；而燃料電池的反應(yīng)物質(zhì)是在電池之外的，當(dāng)燃料和氧化劑連續(xù)輸入電池時(shí)，就可源源不斷地發(fā)出電來(lái)。由于電動(dòng)飛機(jī)不依賴石油燃料，沒(méi)有一氧化碳和二氧化碳排放，紅外輻射極小，無(wú)污染、無(wú)噪聲，有利隱身。2002