■ 張丹玲 唐宇峰 丁寧 索德軍 / 中國航發(fā)動力所

軍用運輸機的巡航速度一般是陸上最快運輸方式高鐵速度的2～3倍，是海上運輸速度的20倍以上，航程能達數(shù)千甚至上萬千米，經(jīng)空中加油后還可實施全球到達?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭的快節(jié)奏、遠距離、大機動，使得運輸機的作用更加明顯。

軍用運輸機是一種軍用支援保障類飛機，主要承擔實施兵力機動和后勤支援任務，可以快速將部隊及其裝備部署轉(zhuǎn)移到目標區(qū)域，并為部署在前沿或前線作戰(zhàn)的部隊提供人員、裝備和其他物資。按照任務性質(zhì)和能力的不同，軍用運輸機一般分為戰(zhàn)略運輸機和戰(zhàn)術運輸機兩大類。戰(zhàn)略運輸機主要承擔遠距離、大量人員、大中型裝備的運輸任務，有的還承擔大規(guī)?？战等蝿铡?zhàn)術運輸機多在戰(zhàn)區(qū)附近及戰(zhàn)區(qū)以內(nèi)承擔近距離運輸任務，一般為中小型飛機，短距起降性好，對機場條件要求低。按最大起飛質(zhì)量和有效載荷，運輸機又可分為大、中、輕型3個類別。起飛質(zhì)量大于150t，有效載荷大于36t的通常為大型運輸機，最大起飛質(zhì)量小于40t、有效載荷小于9t的為輕型運輸機，介于中間的為中型運輸機。最大起飛質(zhì)量超過350t，載荷超過100t的，為重型運輸機（具體分類見表1）。

表1 軍用運輸機分類

圖1 C-130運輸機及其最新動力AE2100D3發(fā)動機

軍用運輸機及其動力發(fā)展歷程

最早的軍用運輸機是在民用運輸機的基礎上發(fā)展起來的。美國自1938 年開始將民航客機DC-3 改裝為C-47A 軍用運輸機。當時，世界上著名的軍用運輸機還有德國的容克斯52 和蘇聯(lián)的AHT-9 等。但這些機型基本上都是從民用客機或轟炸機改裝而來。

20世紀40年代，世界上最早廣泛使用的全金屬結構運輸機是美國道格拉斯飛行器公司研發(fā)的C-47“空中火車”運輸機，配裝2臺普惠公司的R-1830-90C活塞式發(fā)動機，起飛質(zhì)量為11t，為輕型戰(zhàn)術運輸機，是第二次世界大戰(zhàn)中的主要軍用運輸機。

20世紀40—50年代，美軍裝備了起飛質(zhì)量33.5t的C-54“空中霸王”運輸機，采用的是4臺普惠公司的R-2000-7活塞式發(fā)動機。隨著發(fā)動機技術的變革，洛克希德-馬?。羼R）公司在20世紀50年代研制了C-130“大力神”中型多用途戰(zhàn)術運輸機，運載能力達到18t，起飛質(zhì)量大約70t，其動力采用了渦槳發(fā)動機，代替當時使用活塞式發(fā)動機的中程運輸機，提高了飛機的載荷、延長了飛機使用壽命。

圖2 安-124運輸機及其動力D-18T-3發(fā)動機

20世紀60年代，中小涵道比渦扇發(fā)動機得到廣泛應用。美國空軍根據(jù)作戰(zhàn)需求，提出一種專用的中型戰(zhàn)術運輸機C-141“運輸星”，最大起飛質(zhì)量129t，采用4臺TF33-P-7中涵道比渦扇發(fā)動機，單臺推力93.42kN。1962年，蘇聯(lián)開展了大型戰(zhàn)略運輸機安-22的研制，是世界上最大的配裝渦槳發(fā)動機的飛機，最大起飛質(zhì)量250t，配裝4臺HK-12MA渦槳發(fā)動機，單臺功率11185kW。

20世紀70年代，蘇聯(lián)的伊爾-76大型戰(zhàn)略運輸機交付使用，作為軍事空運主力機型，配裝4臺D-30KPⅡ渦扇發(fā)動機，起飛質(zhì)量為170t，作為軍事空運主力機型，彌補了蘇聯(lián)軍事空運能力的不足。之后經(jīng)過多年的發(fā)展，形成了伊爾-76T、伊爾-76M、伊爾-76TD T、伊爾-76MD M、伊爾-76MF等衍生型。其中，伊爾76-MF起飛質(zhì)量210t，配裝4臺PS-90AN大涵道比渦扇發(fā)動機，總載荷40t時的航程達到5200km。蘇聯(lián)還相繼研制了安-124和安-225大型戰(zhàn)略運輸機，分別配裝4臺和6臺D-18T三轉(zhuǎn)子大涵道比渦扇發(fā)動機，地面起飛推力為229.77kN，風扇直徑2.33m。D-18T發(fā)動機于1977年基于縮小版的D-36三轉(zhuǎn)子技術驗證機開始研制，20世紀90年代為了延長發(fā)動機壽命和可靠性，衍生出D-18T-3系列發(fā)動機，壽命現(xiàn)已提高到50000h。

美國同期的典型機型為C-5大型戰(zhàn)略運輸機，起飛質(zhì)量380t，配裝4臺TF39-GE-1C大涵道比渦扇發(fā)動機，后發(fā)展了衍生型C-5A/B/C。其中，C-5M “超級銀河”是C-5原型的現(xiàn)代化改型（得益于2001年啟動的航電系統(tǒng)現(xiàn)代化和可靠性增強改進計劃），配裝4臺F138-GE-100大涵道比渦扇發(fā)動機。其中，F(xiàn)138-GE-100是CF6-80C2L1F的 軍 用 型號，是CF6-80C2的衍生型，起飛推力222.4kN，通過可靠性增長計劃，保證C-5飛機可以使用到2040年。按照起飛質(zhì)量劃分，安-124、安-225和C-5飛機被稱為大型軍用運輸機。

圖3 C-5運輸機及其動力F138-GE-100發(fā)動機

20世紀80年代中期，蘇聯(lián)開始研制安-70飛機，起飛質(zhì)量145t，配裝4臺D-27槳扇發(fā)動機。鑒于槳扇發(fā)動機介于渦槳發(fā)動機和渦扇發(fā)動機之間的特點，安-70飛機以最大巡航速度飛行時，其耗油率比使用傳統(tǒng)渦扇發(fā)動機的運輸機要低20%～30%，而最大飛行速度達到800km/h，高于配裝渦槳發(fā)動機的運輸機。

表2 典型的運輸機及發(fā)動機情況

美國麥道公司研制的C-17“環(huán)球霸王Ⅲ”是同期產(chǎn)品，最大起飛質(zhì)量265.5t，最大載荷超過70t，空載航程8700km，滿載航程4630km，于1993年開始服役，是C-124“環(huán)球霸王Ⅱ”的升級產(chǎn)品，全面覆蓋C-5的運輸范圍。C-17配裝4臺F117-PW-100大涵道比渦扇發(fā)動機，該發(fā)動機是波音757使用的PW2040 發(fā)動機的軍用型，推力為185.5kN，除了反推力裝置，F(xiàn)117-PW-100 與PW2040 基本相同。此時，中型戰(zhàn)術運輸機和大型戰(zhàn)略運輸機已形成系列化發(fā)展和裝備成熟的局面。

時變永久性離散資源分配的典型問題是編制不固定的團體公平地將會議的全部席位分配給所屬部門.著名實例如美國眾議院將席位分給50個州的問題.

從20世紀90年代至今，歐盟于1993年開始啟動研制新一代戰(zhàn)術運輸機A400M，飛機空重55t，起飛質(zhì)量110t以上，最大商載32t，載重航程5037km，巡航速度Ma0.68～0.72,與現(xiàn)有的運輸機相比，其主要優(yōu)勢在于速度快、能耗低。配裝歐洲螺旋槳公司的4臺TP400渦槳發(fā)動機（2011年取證），其安裝功率達到7979kW，是目前在役最大的配裝渦槳發(fā)動機的運輸機。

我國在20世紀50年代發(fā)展了運-5小型運輸機，其動力活塞5發(fā)動機仿制蘇聯(lián)AI-62NP型發(fā)動機。60—70年代，由于對航空軍事運輸?shù)闹匾杂辛烁羁汤斫?，我國先后研制了運-7H和運-8 軍用運輸機，動力裝置分別采用渦槳5和渦槳6發(fā)動機。其中，運-8運輸機是20世紀70年代以蘇聯(lián)安-12運輸機為基礎研制的中型運輸機，最多能搭載20t的物資，一次最多能搭載96名全副武裝的士兵，航程超過6000km。運-8在后續(xù)的發(fā)展歷程中，衍生出了遠距離支援干擾機、電子偵察機、反潛巡邏機、技術偵察機等。進入21世紀，國產(chǎn)自主研發(fā)的首款大型運輸機運20飛機以及配裝的自行研制的大涵道比渦扇發(fā)動機已實現(xiàn)首飛；國內(nèi)首個第三代先進渦槳發(fā)動機正在研制，用于配裝運9飛機及以其為平臺發(fā)展的升級改進型。

圖4 C-17運輸機及其動力PW2040發(fā)動機

圖5 PAK TA概念圖

大型運輸機及動力發(fā)展最新進展

隨著發(fā)動機技術的迅猛發(fā)展，運輸機配裝的動力裝置按照活塞式發(fā)動機—渦槳發(fā)動機—中小涵道比渦扇—大涵道比渦扇的歷程發(fā)展，形成了軍用運輸機動力裝置的譜系。現(xiàn)階段，美俄在軍用運輸機方面形成了較為完整的輕型—中型—大型—超大型的運輸機譜系。在此基礎上，兩國針對現(xiàn)代和未來戰(zhàn)爭對軍用運輸能力的需求，展開了積極探索。

進入21世紀，俄羅斯推出了多項新裝備研制計劃，其中包括“運輸航空兵未來航空系統(tǒng)”（PAK TA）研究計劃。根據(jù)2015年披露的信息，PAK TA 將以2000km/h 速度進行超聲速飛行，有效載荷高達200t，主要任務是運送阿瑪塔坦克、火炮、導彈系統(tǒng)等重型軍事武器，飛行距離超過7000km，增強俄羅斯的戰(zhàn)略運輸能力。由于PAK TA 速度快、航程大，這意味著可以在7h內(nèi)，把裝甲部隊部署到世界上的任何地方。該項目還公布了一款亞聲速設計方案，其巡航速度為900km/h，有效載荷為90t，航程為4500km。這款PAK TA概念采用了1臺大涵道比渦扇發(fā)動機，布置在機身背部靠近V形尾翼的地方。該發(fā)動機兼具發(fā)電功能，所產(chǎn)生的電力儲存在儲能系統(tǒng)中，用于驅(qū)動兩臺電力風扇和為機載設備提供電力，它們運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的高速氣流通過機翼后緣的鋸齒狀噴管流出，形成推力，機翼后緣還可以通過偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生矢量推力，從而可以提高短距起降能力。2020年8月，PAK TA計劃公布了進展情況，俄羅斯伊留申航空聯(lián)合體股份公司正領銜實施一款全新大型軍用運輸機的初步設計工作，計劃在2021年開始下一階段的試驗設計工作。該型運輸機將配備4臺渦扇發(fā)動機，單臺推力為196～245kW，正在研制中的PD-35發(fā)動機被視為候選發(fā)動機之一。

為了滿足美國空軍面向未來的需求，美國洛馬公司提出了混合翼身融合體（HWB）運輸機概念，并在美國空軍研究實驗室（AFRL）所資助的“低油耗高效新型布局”（RCEE）項目中，進一步研究和細化了這一概念，使其在保留低油耗高效率特點的同時，在設計和制造方面滿足經(jīng)濟性，且能夠承擔美國空軍當前所有的運輸任務。最終確定的技術需求包括：HWB運輸機在標準海平面條件起飛滑跑距離要小于2000m；在攜帶100t貨物時航程為6000km；特大尺寸貨物運輸能力不低于C-5；具備運輸設備、集裝箱和傘兵的能力；可以快速裝卸貨物。另外，HWB飛機在設計時要考慮短距起降性能，但不做專門要求。

圖6 洛馬公司混合翼身布局隱身運輸機概念圖

在方案設計中，洛馬公司選取了3種備選的發(fā)動機，包括GE航空集團已研制成功的GEnx以及正在研制的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機，還有到2030年開始服役的羅羅“超扇”（UltraFan） 發(fā)動機。針對這3型發(fā)動機，洛馬公司開展了發(fā)動機與機體的一體化設計研究工作，并評估了采用每種發(fā)動機的綜合性能收益。通過研究發(fā)現(xiàn)，與當前戰(zhàn)略運輸機的發(fā)動機相比，GEnx、超扇和開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機的單位耗油率分別可降低25%、30% 和35%。考慮到發(fā)動機尺寸巨大，特別是GE航空集團的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機，其轉(zhuǎn)子直徑達到6.4m，因翼下高度不夠而無法采用翼下吊裝，因此HWB飛機采用發(fā)動機翼上后緣布置的形式。與常規(guī)的翼下吊裝相比，這種形式能將氣動效率提高5%，并在抵抗外物損傷（FOD）、噪聲、發(fā)動機維護等方面獲得益處。

運輸機動力裝置選型分析

輕型戰(zhàn)術運輸機動力裝置

中型戰(zhàn)術運輸機動力裝置

中型運輸機主要在戰(zhàn)區(qū)附近承擔近距離運輸兵員及物資任務。要求反應速度快、機場適應能力強，具備短距起降能力。通過選型分析，可以得到以下結論。

一是渦槳發(fā)動機通常用于起飛質(zhì)量不超過90t，載重30t以下的中型運輸機，飛行速度一般為500～600km/h，螺旋槳特性（含滑流增升、反槳、倒車）和機翼構型決定了其良好的地面起飛/著陸性能，可以大幅度縮短起飛/著陸距離，對跑道要求低，戰(zhàn)場環(huán)境適應能力強。渦槳發(fā)動機的推進效率高于渦噴/渦扇發(fā)動機，耗油率低，低空、低速性能好。

二是中、大涵道比渦扇發(fā)動機能滿足飛機長航時、長距離、大載重的運輸任務，飛行速度一般為700～900km/h，飛行升限高可達到11000m以上，高空性能和高速巡航能力優(yōu)于渦槳發(fā)動機，噪聲較低，飛行穩(wěn)定性較好，風扇葉片飛出時，機匣具有包容性，安全性較高。

三是槳扇發(fā)動機兼顧渦扇發(fā)動機和渦槳發(fā)動機的特點，巡航速度和高度比同等功率級的渦槳發(fā)動機高、耗油率優(yōu)于同等推力級的渦扇發(fā)動機，由于技術水平有限，槳扇發(fā)動機舒適性和安全性較差，目前采用槳扇發(fā)動機的軍用運輸機只有安-70飛機。

大型戰(zhàn)略運輸機動力裝置

戰(zhàn)略運輸機主要承擔遠距離、大量兵員和大型武器裝備運輸任務，要求戰(zhàn)略空運能力、更高的巡航速度，并具備短距起降能力，是現(xiàn)在和未來重點發(fā)展方向。其動力具備大推力、長壽命、高可靠性、高安全性、低油耗、低噪聲、低污染排放等特點。綜上，對現(xiàn)有發(fā)動機類型進行分析，可得到以下結論。

一是大涵道比渦扇發(fā)動機具有大推力、長航時、長壽命的特點，隨著技術進步，發(fā)動機可靠性大幅提升、耗油率逐漸降低，先進大涵道比渦扇發(fā)動機耗油率能夠達到0.052kg/（N·h）以下，推力范圍基本覆蓋了107.9～343.2kN，滿足大型戰(zhàn)略運輸機載重大、巡航速度大、遠距離執(zhí)行任務等需求，并且提高了飛機舒適性和安全性。

二是世界范圍內(nèi)采用渦槳發(fā)動機作為戰(zhàn)略運輸機動力的只有安-22，由于歷史原因，20世紀60年代的蘇聯(lián)渦槳發(fā)動機技術較為成熟，因此安-22選用了渦槳發(fā)動機，但是由于飛行速度低，載貨量少，目前已被淘汰。

結束語

現(xiàn)代戰(zhàn)爭要求在最短時間內(nèi)將人員、裝備、物資直接運送至前線，這必然對運輸機的裝載航程和巡航速度提出更高要求，以進一步提高作戰(zhàn)運輸效能，同時具備良好的短距起降能力和野戰(zhàn)機場適應性。未來軍用運輸機發(fā)動機將向著飛機與發(fā)動機高度一體化設計、兼顧隱身、耗油率更低等方向發(fā)展。