飞发综合能源和热管理系统（简称综合能热系统）作为保障飞行器和发动机可靠运行的关键系统，涵盖飞机、发动机中能源和热相关的子系统。其中，飞机子系统包括飞机的电源、液压、环控、燃油以及辅助动力等系统；发动机子系统则涉及机械传动、燃油控制及热管理系统等。随着战机对于飞行速域更宽、飞行时间更长、多电化、智能化、高能武器携带以及红外隐身等的发展需求，飞机/发动机面临热负荷大幅度增加、瞬时高功率（兆瓦级）提取以及热量排散难度大等问题，导致现有的能源与热管理系统设计架构存在可用热沉及能源供给严重不足的难题，亟需开展立足于飞发一体化的能热综合设计与动态管理。
随着飞机性能的不断提高，能热系统设计技术正从传统的飞发独立、系统分立向飞发联合、系统综合方向发展。飞发综合能热技术依据飞机和发动机的顶层需求，从系统角度出发，对飞机与发动机、发动机子系统或部件间功、热、电等能量进行分配与协调，在保证发动机安全可靠工作的前提下，提高能量利用效率。通过对能源和热量的生成、转换、存储、传输及分配耗散等能量分配和控制策略进行顶层设计，实现能源与热管理的集成，进而达到整机能量综合利用的目的 。
展开剩余94%一、飞发综合能热技术研究现状
1.1 国际技术研发进展
以美国为代表的航空发达国家自20世纪80年代起就开始了一系列综合能热技术研究计划。早期的"热油箱"燃油热管理系统计划针对电子设备热载荷增加的情况，充分利用JP8+100耐高温燃油作为热沉的蓄热作用，减少环控系统对发动机引气的需求，成功应用于F-22战机，显著降低了燃油代偿损失，提高了热管理效率。这一系统通常在大燃油流量下使用，能够满足特殊的飞行包线或隐身需求。
20世纪90年代，美国空军开展的多电飞机计划旨在研究利用电能取代飞机上的液压能和气压能技术，以提高可靠性、维护性和保障性。该计划重点发展内置起动发电机技术、270V高压直流电源技术、高功率密度电气负载管理技术等，其研究成果在F/A-18和F-16等飞机上进行了飞行试验，并已应用于F-22、F-35战斗机及A380等民用飞机。据统计，通过将非推进功率改为全部采用电能，可将飞机的可靠性提高1400%~1900%，功率密度提高200%。
联合攻击机综合子系统技术计划则进一步解决了传统机电系统功能分立的问题。该计划将辅助动力装置、应急动力装置、环境控制装置和热管理系统的功能集成为一个系统，利用同一个涡轮机提供动力和冷却，在减少体积、质量、成本的同时，增加了可靠性和能量利用率。
2008年启动的"飞行器能量综合技术计划"提出了"能量优化飞机"的概念，实现了从系统级能量优化向全机层面能量优化技术的跨越。INVENT计划改变了现有的设计理念，采用按需方式进行设计，取代传统的按峰值功率设计方法，使得平均功率约为峰值功率的12.5%~20.0%，显著减小了发电机的体积和质量。该计划建立的"从头到尾"全机仿真模型由发动机系统、飞控系统、功率与热管理系统、燃油热管理系统、电作动系统以及鲁棒电源系统六个子系统构成，不仅展示了子系统之间机械能、热量和电能的信息交换流，还体现了各系统之间高度的关联性，实现了动态、按需管理的系统架构。
近年来，美国空军推出的"下一代热、电力与控制计划"和"支持经济可承受任务的先进涡轮发动机技术计划"进一步推动了综合能热技术的发展。ATTAM计划首次纳入了完整的综合动力与热管理要素，旨在满足未来发动机支撑更多电力系统、定向能武器、功率更大的传感器等需求，其目标是将发动机的燃油效率提高10%~30%、电力和热管理能力提高2~20倍。
欧洲同样在飞发综合能热技术领域取得了显著进展。英国罗∙罗公司开发的内置式起动发电机项目将电动机完全嵌入燃气涡轮发动机的核心机内，在节省空间的同时为未来战斗机提供所需的大量电能。2017年，E2SG验证机项目在双转子上安装电机，通过组合电动机或发电机工作，不仅能够产生电能，还可以通过电能在两个转子之间传递功率。该项目的第三阶段将一套新颖的热管理系统和多电发动机附件集成到推进系统内，开展了整机集成验证工作。
1.2 国内技术研发进展
中国在飞发综合能热技术领域虽起步较晚，但近年来发展迅速，在关键技术攻关和系统集成方面取得了显著进展。在2025年9月西安举办的第十三届中国航空推进技术论坛上，混合动力推进技术成为焦点议题之一，涵盖了谱系化发展、基于数字孪生的航空发动机全生命周期管理等前沿内容。
国内企业和科研机构积极布局混合动力推进系统关键技术。例如，新时达与国内985大学联合开发的"油电混合分布式推进系统验证平台"代表了国内在该领域的先进水平。该平台可验证电源管理策略，模拟不同工况下的能量流动，并研究正常、极限及故障状态下的电源管理，为航空油电混合推进技术研发提供了关键测试支持。该平台针对五大典型技术挑战提出了创新解决方案：多动力源柔性组网与功率动态分配、极端工况下的电源稳定性控制、高频动态响应与能量流精准控制、复杂电磁环境下的低谐波与高可靠性、多系统协同控制与跨平台通讯集成。
在高超声速飞行器热管理技术方面，中国研究机构针对TBCC发动机开展了系统研究。高超声速飞行器由于大空域、宽速域的工作特点，要求其动力系统的速度必须能够实现从零至规定最高马赫数。针对飞行马赫数为5时空气滞止温度达到1200K的极端条件，研究人员探索了主动热防护、被动热防护和半被动热防护三种技术形式。其中，主动热防护方式能够持续使用热沉进行热防护，兼具可重复使用的优点，适用于长时间、高热流密度的工作环境，成为高超声速动力热防护技术的研究重点。
湖南泰德航空技术有限公司等企业积极与中国航发、中航工业、中国航天科工、中科院、国防科技大学、中国空气动力研究与发展中心等国内顶尖科研单位达成深度战略合作，整合优势资源，攻克多项技术难题。该公司从航空非标测试设备研制向航空发动机、无人机、靶机、eVTOL等飞行器燃油、润滑、冷却系统的创新研发转型，不断提升技术实力，体现了中国航空产业链在综合能热领域的积极布局。
北京航空航天大学开发的"基于第三流和燃油热沉的自适应飞发一体化热管理系统"采用闭式空气循环子系统、燃油热管理子系统和三涵道变循环发动机子系统的协同设计，实现了在不同飞行模式下的智能热管理。当飞行马赫数低于1.5时，系统开启第三涵道，通过第三涵道散热器冷却机载电子设备热载荷和高温回油；当飞行马赫数高于1.5时，第三涵道关闭，采用蓄冷油箱内低温燃油作为热沉，实现机载热载荷冷却。这种自适应调控技术有效提升了不同飞行模式下热管理系统的冷却性能，代表了国内在飞发一体化热管理领域的创新成果。
二、飞发综合能热系统架构发展
飞发综合能热系统的架构演进经历了从独立设计到一体化综合的深刻变革，其发展路径充分体现了航空动力系统对高效能量管理和热管理的持续追求。随着飞机性能的不断提高，能热系统设计技术正从传统的飞发独立、系统分立向飞发联合、系统综合方向发展，这一转变不仅解决了早期架构存在的能量浪费和系统冗余问题，更为未来高性能飞行器提供了技术支撑。
2.1 从独立设计到一体化综合的演进
早期的二代、三代飞机的能源与散热需求量相对较小，飞机上的主飞控作动大多采用液压作动系统，能源需求在100kW以下，基于液压的飞机二次能源为最优方案。环控系统散热采用的热沉以冲压空气为主，部分飞机采用燃油作为热沉。与此同时，二代、三代飞机发动机涡轮前温度一般不超过1700K、压气机出口温度在800K以下，发动机内部热端部件采用简单的空气冷却系统，冷却形式多为简单对流、气膜冷却等，滑油系统利用燃油、空气等进行散热。总体来看，早期的飞机及发动机能源的供给能力和可用冷源及热沉大于能源及散热的需求。
这种系统分立、飞发独立的系统设计架构虽然满足了当时飞机的性能要求，但也带来了明显的问题：系统分立导致能量消耗大，无法实现机载能量的综合利用；各系统分散布局、硬件过多且利用率低，导致可靠性和维修性很低。随着飞机性能要求的不断提高，这种传统设计架构已无法满足第四代、第五代战机的需求。
2.2 一体化综合架构的技术特点
飞发综合能热技术依据飞机和发动机的顶层需求，从系统角度出发，对飞机与发动机、发动机子系统或部件间功、热、电等能量进行分配与协调，在保证发动机安全可靠工作的前提下，提高能量利用效率。通过对能源和热量的生成、转换、存储、传输及分配耗散等能量分配和控制策略进行顶层设计，实现能源与热管理的集成，进而达到整机能量综合利用的目的。
自适应动力与热管理系统（APTMS）是一体化综合架构的典型代表。该系统在结构及功能上综合了辅助动力系统、环境控制系统和应急动力系统，通过采取多能量自适应的组合动力装置，能够依据实时能效需求，实现系统内引气、功率提取、燃油、电能等多能量形式的交联和管理。APTMS应用包括燃油、冲压空气和风扇涵道空气在内的多种热沉形式，为座舱及电子舱制冷，大幅提升了系统效能。
基于变循环发动机的综合能热系统架构进一步拓展了一体化综合的潜力。变循环发动机是一种能够根据不同飞行任务条件，通过改变自身结构部件的尺寸与几何形状以适应需求的自适应发动机。通过改变其自身热力循环参数，使发动机能够在跨度较大的速域和空域范围内，以较高推力和较低耗油率进行工作。基于变循环发动机的第三涵道结构，可以在不同的飞行状态下进一步改变发动机结构，实现发动机热管理能力和燃油经济性的全面提升。
2.3 燃油热管理系统的架构创新
燃油热管理系统作为飞发综合能热系统的重要组成部分，其架构设计直接影响整体系统性能。美国F-22飞机采用的先进燃油热管理系统将环境控制系统、液压系统、机电系统紧密交联，各系统废热均由燃油热管理系统输送并处理。与传统的空气制冷循环系统相比，该方式的代偿损失显著降低，体现了综合架构的优越性。
蓄冷油箱技术是燃油热管理系统架构的重要创新。在三涵道工作模式下，系统使用蓄冷油箱收集低温回油，并作为热沉在其他工作模式下冷却机载热载荷。这种"热量储存与再利用"的理念打破了传统热管理系统的时空限制，实现了热沉能力的跨时段调配，大大提高了系统应对峰值热负荷的能力。
北京航空航天大学提出的"基于第三流和燃油热沉的自适应飞发一体化热管理系统"采用闭式空气循环子系统、燃油热管理子系统和三涵道变循环发动机子系统的协同架构。该系统通过涵道散热器，将空气和燃油中吸收的热量通过低温涵道空气排散到燃烧室或者是外界环境中，通过自适应调整工作模式保证飞行器热管理系统在飞行马赫数0～3.2范围内稳定工作，增强了热管理系统散热能力。
2.4 多电/全电架构的发展
多电/全电架构是飞发综合能热系统架构发展的重要方向。美国多电飞机计划的研究成果在F-22、F-35战斗机及A380等民用飞机上得到了应用。多电飞机技术通过利用电能取代飞机上的液压能和气压能，提高了可靠性、维护性和保障性，同时减小了系统的体积、质量并降低了系统复杂度。
罗∙罗公司的内置式起动发电机项目（E2SG）代表了多电架构的最新进展。该项目将电动机完全嵌入燃气涡轮发动机的核心机内，在节省空间的同时，为未来战斗机提供所需的大量电能，同时规避了传统发动机通过发动机齿轮传动功率驱动发电机所带来的零件数增多、动力轮廓尺寸变大等不利于飞机隐身的弊端。2017年，E2SG验证机项目将另一个电动机与发动机其他转子连接，同时在电网中加入一个储电系统，使其可以智能管理所有系统间的电力供应，实现了双转子发电，不仅能够改善发动机操作性、响应性和效率，还能通过智能控制系统实时优化发动机性能和电力分配。
三、未来飞行器对综合能热技术的需求
随着航空技术向宽速域、智能化、多电化和隐身化方向发展，未来飞行器对综合能热技术提出了更为严苛和复杂的需求。这些需求既源于飞行器自身性能提升的内在要求，也来自新型作战模式和应用场景的外在驱动，全面而深入地理解这些需求，是推动飞发综合能热技术持续创新的关键前提。
3.1 宽速域飞行带来的热管理挑战
未来飞行器向着宽速域、宽空域的方向发展，要求动力系统能够实现从零到高超声速的全面覆盖。不同马赫数、不同动力系统的比冲特性存在显著差异：涡轮发动机的马赫数为0～3；冲压发动机一般在马赫数3～6工作；超燃冲压发动机工作马赫数则在6以上。这种宽速域飞行能力对热管理系统提出了前所未有的挑战。
当飞行马赫数达到5时，空气滞止温度高达1200K，发动舱温达到573K，而现有发动机外部附件工作环境温度大部分在473K以下。这意味着常规的热管理技术和材料已无法满足高马赫数飞行的需求。高超声速飞行时，冲压作用使得飞机环境温度大幅提高，飞行器利用燃油作为冷源对航电等系统进行散热，导致发动机入口燃油温度大幅升高，这降低了发动机控制系统的控制精度和可靠性，并显著降低了滑油系统的冷却效率。
针对TBCC发动机从起动-爬升-模态转换-巡航-返回的任务场景分析，发动机舱舱温升高、进气温度和入口燃油温度高等成为高超声速动力面临的主要热管理需求。特别是在模态转换过程及模态转换后，飞机的能源供给成为新的技术难题，因为高超声速飞行时，不能通过提取涡轮发动机的轴功来获得能源供给用于驱动发电机、液压泵等。
3.2 多电化与高能武器对能源供给的需求
未来战机装备的大量机载传感器和定向能武器对机载能源系统提出了极高要求。美国"下一代热、电力与控制"计划的核心目标就是支撑未来兆瓦级战术飞机对热、电力和控制的需求。这种功率级别的需求远超现有飞行器的供电能力，需要革命性的能源供给方案。
美国"支持经济可承受任务的先进涡轮发动机技术"计划首次纳入了完整的综合动力与热管理要素，旨在满足未来发动机支撑更多电力系统、定向能武器、功率更大的传感器等需求，其目标是将电力和热管理能力提高2~20倍。这种数量级的提升不仅需要改进发电设备，更需要从整个能量链的角度进行系统优化，包括发电、储能、配电和热管理各个环节。
针对传统机电系统按照峰值功率设计导致的效率低下问题，INVENT计划采用了按需供给的设计理念，使用均值功率和热载荷进行设计，使平均功率大约为峰值功率的12.5%~20.0%，可以显著减小发电机的体积和质量。这种设计理念的转变，对未来飞行器的能源系统架构产生了深远影响
3.3 隐身性能与智能运维的需求
未来战机对红外隐身性能的要求日益提高，这对热管理系统的设计提出了特殊约束。较低的第三涵道空气温度，以及避免冲压空气进气开口，有助于提升飞行器的红外隐身性。因此，如何在不影响隐身性能的前提下实现高效散热，成为综合能热系统设计的重要考量因素。
北京航空航天大学提出的基于第三流和燃油热沉的自适应飞发一体化热管理系统，通过使用第三涵道散热器而不是传统的冲压空气散热器，减少了飞行器的进气开口，有助于维持飞行器的低可观测性。这种设计在满足热管理需求的同时，也兼顾了隐身性能要求，体现了多目标优化的发展趋势。
随着飞机系统复杂度的提高，智能运维和健康管理也成为未来飞行器的重要需求。罗∙罗公司开发的功率管理器智能控制系统采用算法实时智能研判如何在满足当前飞机电力需求的同时，优化包括发动机效率在内的其他因素，从而实现降低燃油消耗或发动机温度的目标，最终达到延长部件寿命的目的。这种智能化的能量与热管理策略，不仅提升了系统性能，也增强了飞机的可靠性和可维护性。
四、飞发综合能热技术主要发展方向
面对未来飞行器日益严峻的能源与热管理挑战，飞发综合能热技术正朝着智能化、集成化、自适应的方向快速发展。这些技术方向既是对现有技术瓶颈的突破，也是对未来飞行器需求的积极响应，它们共同勾勒出了飞发综合能热技术的未来蓝图。
4.1 自适应智能能量管理技术
自适应智能能量管理技术是飞发综合能热系统的核心发展方向，其目标是实现全飞行包线内的能量与热量的最优分配。美国INVENT计划提出的动态按需管理概念是这一方向的典型代表，它通过精确建模和实时调控，改变传统系统按峰值功率设计的思路，大幅提高了能量利用效率。
模型预测控制算法在自适应智能能量管理中发挥着关键作用。湖南泰德航空在其润滑系统产品中开发的先进控制算法，通过采集超过2000组不同工况下的系统响应数据，建立了精确的数学模型。算法的核心创新在于引入了"学习-预测-校正"的闭环机制；系统不断比对预测结果和实际响应，自动调整模型参数。在实际应用中，这套系统成功将某型发动机加速过程中的油压波动从传统的±5%降低到±1.2%，展现了智能控制在提升系统性能方面的巨大潜力。
4.2 多物理场紧密耦合与能量综合利用
多物理场紧密耦合与能量综合利用是飞发综合能热技术的另一重要发展方向。随着飞行器系统复杂度的提高，气动、热、结构、电气等多个物理场之间的耦合效应日益显著，需要通过多学科设计优化方法实现系统性能的整体提升。
多物理场耦合仿真平台为能量综合利用提供了关键工具。湖南泰德航空建立的多物理场耦合仿真平台整合了流体动力学、结构力学、热分析等多个物理场的计算模型。最具创新性的是"实时孪生"技术：实际运行数据会实时反馈到数字模型中，不断修正仿真参数。这种技术在齿轮箱润滑系统优化项目中发挥了关键作用，实现了虚拟与现实的深度融合。
4.3 新材料与新工艺应用
新材料与新工艺的应用是解决高超声速飞行条件下热管理挑战的关键途径。面对飞行马赫数5时高达1200K的空气滞止温度，传统材料和技术已难以满足需求，必须开发新型耐高温材料和高效率冷却技术。
陶瓷基复合材料在高温部件中的应用展示了良好前景。湖南泰德航空在高温高压氧化反应器中采用了特殊的陶瓷涂层技术，既保证了耐腐蚀性，又避免了金属离子对油液的催化影响。这类材料能够承受极高的工作温度，同时具有较低的密度，有助于减轻系统重量。
微通道冷却技术和相变材料在高热流密度散热方面表现出独特优势。针对高超声速飞行器面临的极端热环境，研究人员探索了多种高效冷却方案，其中微通道冷却通过极大的比表面积实现了高效热交换，而相变材料则通过潜热蓄能实现了热量的瞬时吸收与释放。这些新工艺与材料的结合，大大提升了热管理系统的性能边界。
4.4 数字孪生与智能运维
数字孪生技术作为飞发综合能热系统的重要使能技术，正迎来快速发展。通过构建与物理实体完全对应的虚拟模型，数字孪生实现了系统全生命周期的实时监控、预测性维护和性能优化。
在2025年西安举办的第十三届中国航空推进技术论坛上，基于数字孪生的航空发动机全生命周期管理成为重点议题之一。这项技术通过实时数据采集与分析，能够动态预测系统状态，提前识别潜在故障，并优化维护策略，从而显著提高系统的可靠性和经济性。
智能运维系统通过大数据分析和人工智能算法，实现了系统的预测性维护和健康管理。罗∙罗公司的功率管理器智能控制系统不仅优化了能源分配，还通过实时监测系统状态，预测部件寿命，优化维护周期，从而降低了全生命周期的运营成本。这种智能运维代表了未来综合能热系统的发展方向。
五、核心优势与未来发展
飞发综合能热技术的核心优势在于其打破了传统飞机与发动机之间的能量壁垒，实现了全机能量的一体化管理和优化。通过功、热、电等多种能量形式的协同分配与综合利用，系统能够在保证飞行器安全可靠工作的前提下，大幅提升能量利用效率，满足未来飞行器宽速域、多电化、高隐身和长航时等苛刻要求。
面对下一代战机对功率与散热急剧增加的需求，飞发综合能热技术作为解决/缓解未来飞机能热供需矛盾的核心关键，已成为制约我国军用战机及动力发展的技术瓶颈。对此，需瞄准未来先进飞行器及其对动力系统的需求，基于飞机和发动机正向自主研发体系，从飞发顶层出发，打破飞机与发动机设计壁垒，加大对综合能热核心关键技术的攻关力度。探索创新能源生成、提取、转换以及高密度热流排散等先进技术，综合考量两者之间的耦合方式，实现飞机发动机能热管理系统的一体化综合设计，解决能热的需求与浪费并存、结构性不平衡等问题。从而引领系统设计理念由传统的峰值设计向按需供给、动态调控变革，实现飞机平台能量优化设计。同时，需要全行业（科研院所、高校、厂所等）联合集智攻关，打破现有独立发展格局，在管理和技术层面同步落实飞发综合能热系统融合设计理念，为我国未来先进飞行器及其动力研制提供技术支撑。
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湖南泰德航空技术有限公司于2012年成立，多年来持续学习与创新，成长为行业内有影响力的高新技术企业。公司聚焦高品质航空航天流体控制元件及系统研发，深度布局航空航天、船舶兵器、低空经济等高科技领域，在航空航天燃/滑油泵、阀元件、流体控制系统及航空测试设备的研发上投入大量精力持续研发，为提升公司整体竞争力提供坚实支撑。
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公司已通过 GB/T 19001-2016/ISO 9001:2015质量管理体系认证，以严苛标准保障产品质量。公司注重知识产权的保护和利用，积极申请发明专利、实用新型专利和软著，目前累计获得的知识产权已经有10多项。泰德航空以客户需求为导向，积极拓展核心业务，与中国航发、中航工业、中国航天科工、中科院、国防科技大学、中国空气动力研究与发展中心等国内顶尖科研单位达成深度战略合作，整合优势资源，攻克多项技术难题，为进一步的发展奠定坚实基础。
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