米格-41截擊機發動機技術路線分析
高速飛行的關鍵因素
截至目前，飛行速度最快的當屬美國的SR-71「黑鳥」戰略偵察機，其最大飛行速度是Ma3.2。SR-71所裝配的2台J-58單轉子加力渦噴發動機，地面加力推力為153.5kN。發動機採用了特殊的旁路放氣系統，即在Ma>2.2時，佔壓氣機進口20％的壓縮空氣經第4級壓氣機後的24個內部旁路放氣活門進入與其相連的6根粗管，繞過後幾級壓氣機、燃燒室和渦輪，直接進入加力燃燒室進口。J-58發動機這一特殊旁路結構，使發動機在渦輪噴氣模式和旁路放氣模式下均可高效穩定工作；同時進氣道處配有放氣口，使氣流流過發動機艙與收斂噴口形成高效的引射噴管，極大地發揮了進氣道、發動機、噴管的一體化推進性能，具有較好的高空高速性能。
米格-25截擊機及其RD-31發動機。
高速飛機要實現高速飛行是離不開動力的，其發動機除要滿足常規使用需求外，重點是要滿足高空高速飛行的使用要求，至少是Ma3一級渦輪發動機的特殊需求。因米格-41飛機要飛到Ma4，採取何種發動機技術是關鍵。
俄羅斯高速飛機發動機基礎
高速截擊機一直是俄羅斯國土防禦和空中力量的重要組成部分，目前米格-31截擊機仍然是俄羅斯的現役主力戰鬥機之一。米格-41會採用何種發動機，首先要從蘇聯高速飛機及其動力的發展上逐步分析，蘇聯研製的高速飛機主要有米格-25和米格-31截擊機，此外還有早期的遠程超聲速轟炸機驗證機T-4（蘇-100），雖然T-4轟炸機項目最後終止，但其計劃配裝的Ma 3一級發動機也值得考慮。
米格-25和米格-31截擊機的高空最大允許飛行速度為Ma2.83，前者配裝聯盟公司研製的2台RD-31單轉子加力渦噴發動機，地面加力推力為139.19kN，空氣流量為170kg/s，且在發動機進口噴入甲醇和水的混合液後可加速到Ma3，但只能維持很短的時間；後者配裝彼爾姆公司研製的2台D-30F6雙轉子加力渦扇發動機，地面加力推力為152.1kN，空氣流量為150kg/s；遠程超聲速轟炸機原型機T-4高空最大允許飛行速度為Ma3，配裝土星聯合公司研製的4台RD-36-41單轉子加力渦噴發動機，地面加力推力為166.7kN，空氣流量為165 kg/s。
以上3型蘇聯飛機都具備了Ma3一級的飛行能力，其發動機均是Ma3一級的高速渦輪發動機，且發動機的推力都很大。由此可見，俄羅斯在Ma3一級渦輪發動機方面具有很好的技術基礎，具備發展更大推力高馬赫數渦輪發動機的技術能力。
高馬赫數發動機研究情況
高速飛行對發動機而言，首先面臨的是「熱」問題。當飛行速度達到Ma4時氣流總溫達到910K，發動機進口高溫成為影響發動機工作的關鍵因素：一是高速飛行條件下進氣總溫提高，發動機處於限溫狀態下工作，轉速降低，限制了發動機的推力；二是發動機各部件要承受更大的熱負荷，材料、結構、燃油、滑油、冷卻等都需要更高的耐溫要求。
近年來，美國開展了一系列高馬赫數渦輪發動機的研究計劃，欲研製實現Ma3～4巡航的高速渦輪發動機。GE公司的革新渦輪加速器（RTA）充分繼承了YF120和RJ43-MA-3發動機技術，發展了單級風扇的核心機驅動風扇級（CDFS）變循環渦扇發動機，工作馬赫數可到4，已完成風扇部件、進氣畸變和燃燒室部件的試驗，但因技術難度過大在2005年終止；威廉姆斯公司基於Ma 0.9的WJ38發展了Ma3一級的小型高馬赫數渦輪技術驗證機，已完成地面持續運轉試驗，並計劃以其為渦輪基開展組合動力模態轉換技術驗證，但目前尚未得到確切的驗證情況。此外，美國還在莫哈韋沙漠機場建立了射流預冷技術驗證試驗台，利用F100發動機完成了不同來流總溫下的噴水預冷驗證，獲得了噴水後發動機進口溫度降低量和推力增加量，充分驗證了射流預冷技術擴展發動機工作範圍的能力。
有關俄羅斯在高馬赫數渦輪發動機方面的研究報道較少，但是蘇聯早期也開展一系列高速飛機動力技術的研究：RD-31發動機最早採用在進口前噴入甲醇和水混合液增加推力的技術措施，也說明俄羅斯在射流預冷技術方面有很好的基礎，完全有能力再改進優化，進一步擴展發動機工作包線；在20世紀60—80年代，蘇聯利用已有的R-11-300系列加力渦噴發動機和AI-25渦扇發動機開展了不同構型渦輪基組合循環（TBCC）動力的廣泛計算和試驗研究，在TBCC動力方面也具有一定的技術基礎。
米格-41飛機發動機路線分析
綜上不難看出，俄羅斯的Ma3一級渦輪發動機已通過飛行試驗驗證，有很好的技術基礎，並且在射流預冷、TBCC動力等方面也有技術積累和基礎。對於米格-41飛機採用什麼發動機，可能的技術路線方向主要有兩條。
第一條技術路線是對已有Ma3一級渦輪發動機改進升級，進一步擴展其工作馬赫數至Ma3.5左右，之後再輔以射流預冷技術，降低發動機進口總溫和增加推力，使渦輪發動機工作馬赫數擴展至Ma4～4.3。採用這條路線，可以充分利用俄羅斯已有的技術基礎，發動機的改動最小，短期內可實現，也基本可以保證米格-41飛機2025年批量生產的時間節點。如果將已有Ma3一級渦輪發動機直接升級到Ma4～4.3，走美國RTA的路線，相比將Ma3擴展到Ma3.5所面臨的技術難度要大的多，按俄羅斯一貫的「實用」和「簡單」的技術理念和美國新研RTA終止的情況，這種可能性不大；如果只在已有Ma3一級渦輪發動機基礎上增加射流預冷提高到Ma4，發動機進氣總溫需要從Ma4時的910K降低到Ma3時的607K，冷卻降溫量較大，如按RD-36-41發動機Ma3巡航時的空氣流量95kg/s計算，其所需的噴水量為9.3kg/s，如在Ma4條件下工作3min其水箱容量將是1674L，遠遠大於米格-25飛機的250L水箱，且如果在Ma3.5附近長時間噴水巡航，其總水量會更大，必將佔據飛機可帶燃料的空間；此外即使發動機在Ma4～4.3工作，也只能做短時間停留（米格-25飛機在Ma2.83飛行就有3min的時間限制），而較長時間巡航狀態可能在Ma3.5左右。
第二條技術路線是利用已有Ma3一級渦輪發動機，構建與亞燃衝壓發動機組合的TBCC動力系統，到達Ma3時完成與亞燃衝壓發動機的轉換，之後由亞燃衝壓發動機繼續助推到Ma4～4.3，並實現較長時間巡航。蘇聯早期已利用小型渦輪發動機開展一系列TBCC技術研究，有一定的技術基礎；俄羅斯對Ma3一級的渦輪發動機稍加改進即可作為大推力TBCC的渦輪基，也為模態轉換提供了很好的基礎；亞燃衝壓發動機技術還可借鑒其導彈動力技術；此外就是要解決兩種發動機組合及工作轉換等關鍵問題，這些問題經過一定時間的研究和驗證也將逐步解決。
米格-41飛機計劃在2025年批量生產，因此留給解決發動機技術難點的時間有限。考慮米格-41對米格-31飛機的繼承性，兼顧俄羅斯已有高馬赫數渦輪發動機技術基礎、Ma4一級發動機技術需求和難度，筆者認為，短期內米格-41飛機發動機最有可能採取第一條技術路線，保障米格-41飛機研製成功並具有Ma4～4.3短時飛行能力；後續隨著TBCC動力技術的不斷發展和成熟，發動機再逐步發展到第二條技術路線上，到時可由亞燃衝壓發動機在Ma4～4.3實現較長時間巡航，從而進一步發揮飛機的作戰效能。 （芮長勝 扈鵬飛）
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