2013年中國試飛新機世界第一 美研六代機應(yīng)對(組圖)
中新網(wǎng)6月26日電 據(jù)中國國防科技信息網(wǎng)報道，美國海軍和空軍都在開始制定其下一代戰(zhàn)斗機的需求（分別稱之為“F/A-XX”和“F-X”項目），但是相關(guān)配套發(fā)動機的研制工作早已啟動，新一代發(fā)動機將決定第六代戰(zhàn)斗機可達到何種水平，而空軍和海軍的第六代戰(zhàn)斗機都將速度更快、航程更遠、效率更高。
發(fā)動機將是F/A-XX和F-X項目研制中最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)部分之一。因此，美國國防部已經(jīng)開始研制下一代推進系統(tǒng)的工作。發(fā)動機制造商普惠公司和通用電氣公司介紹了各自用于第六代戰(zhàn)斗機的發(fā)動機概念研究工作。
通用電氣公司自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機項目總經(jīng)理丹·麥考密克表示：“正如我們當前所見，在關(guān)于第六代戰(zhàn)斗機的討論中，推進系統(tǒng)的能力成為影響飛機尺寸、進排氣設(shè)計的關(guān)鍵因素，并影響設(shè)定何種載油量以滿足航程需要。非常需要將推進系統(tǒng)集成至第六代戰(zhàn)斗機的設(shè)計流程之中�！�
兩家公司已經(jīng)開始具有革命性的新型自適應(yīng)循環(huán)噴氣發(fā)動機的研制工作，用于配套F/A-18E/F和F-22后繼機。
新一代發(fā)動機將能夠改變其涵道比，從而實現(xiàn)飛行包線范圍內(nèi)不同速度、高度點的性能最優(yōu)，當代發(fā)動機僅能實現(xiàn)包線中某一特定點的性能最優(yōu)。
航空發(fā)動機必須先于配套飛機平臺發(fā)展，對于這一問題，美國空軍和海軍都已在1970年代麥道公司的F-15A和格魯門公司的F-14A項目的發(fā)動機問題中吸取了足夠的教訓。
下一代戰(zhàn)斗機的部分關(guān)鍵要求可以從空軍研究實驗室和海軍研究辦公室的研發(fā)工作目標中一窺端倪。
美國空軍已通過自適應(yīng)通用發(fā)動機技術(shù)（ADVENT）、自適應(yīng)發(fā)動機技術(shù)發(fā)展和下一代（NextGen）項目推進第六代戰(zhàn)斗機F-X配套發(fā)動機的技術(shù)成熟，而美國海軍則通過變循環(huán)先進技術(shù)（VCAT）項目實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)成果滿足海軍的應(yīng)用需要。
通用電氣公司第六代戰(zhàn)斗機推進系統(tǒng)專家杰夫·馬丁表示，根據(jù)一些要求，推斷第六代戰(zhàn)斗機將具備較現(xiàn)有打擊戰(zhàn)斗機遠得多的航程。此外，第六代戰(zhàn)斗機還將具有更快的速度、非常高的加速性和卓越的亞聲速巡航效率。馬丁稱：“（目前要求的）底線是利用變循環(huán)發(fā)動機滿足各類需求，而非設(shè)計一個巨大的飛機。”變循環(huán)發(fā)動機能夠通過更改配置實現(xiàn)任意速度、高度點的最高效率。例如，它可以像渦噴發(fā)動機一樣在超聲速飛行，也可以在亞聲速巡航時具有大涵道比渦扇發(fā)動機的效率�，F(xiàn)有跡象意味著第六代戰(zhàn)斗機將設(shè)計需要更好地滿足超聲速巡航性能要求，即使這項性能并非明確的要求。
馬丁稱：“海軍已經(jīng)提出了甲板彈射攔截任務(wù)，所以（第六代戰(zhàn)斗機）必須迅速達到數(shù)百海里之外的區(qū)域，同時要求盡可能快，還必須盡可能高效�！痹擁検姑蝿�(wù)很容易讓人聯(lián)想起昔日F-14的典型作戰(zhàn)任務(wù)，即從甲板起飛攔截蘇聯(lián)的轟炸機群，以防止蘇聯(lián)發(fā)動對航母的巡航導彈攻擊。蘇聯(lián)解體后，該任務(wù)不再成為美航母艦載機的任務(wù)要求，而中國的快速崛起使得這樣的威脅可能再次重現(xiàn)。馬丁指出：“我尚不清楚超聲速巡航是否會是主要要求，也不清楚這是否會帶來不同。第六代戰(zhàn)斗機將有相當好的長細比，將是一架超聲速飛機。因此，需要采用變循環(huán)發(fā)動機實現(xiàn)超聲速巡航。無論如何，超聲速巡航時都需要更多的燃料�！�
緊密的合作伙伴關(guān)系
盡管美國海軍和空軍擁有獨立的項目，但是據(jù)美國空軍研究實驗室的官員稱，雙方正在密切合作，在一份聲明中稱：“發(fā)動機領(lǐng)域（空軍和海軍）是一個密切合作的團隊，我們已經(jīng)對海軍完全透明。我們已經(jīng)邀請海軍參與所有的評審。我們從海軍專家中獲得額外的見解。海軍已經(jīng)成為ADVENT和AETD項目的真正參與者�！瘪R丁介紹了海軍相關(guān)工作的部分細節(jié)。他表示，海軍VCAT項目真正的目的是確定和實施，為滿足海軍第六代戰(zhàn)斗機的需要，在空軍實驗室相關(guān)項目的基礎(chǔ)上還需開展的特殊項目。據(jù)馬丁稱，VCAT項目最終將進行部分推進裝置試驗，這已證明是非常有價值。海軍項目已經(jīng)提供了定義發(fā)動機工作確切循環(huán)的重要信息，同時機身和發(fā)動機需要作為一個集成的整體考慮。
普惠公司下一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機總經(jīng)理詹姆斯·肯揚表示，對于普惠公司而言，VCAT項目還意味著探索除風扇外，是否發(fā)動機的其他部分可采用可變設(shè)計。他表示“這將帶來更大程度可變性。你可以通過改變其他設(shè)定替代改變涵道比，深入其中就會發(fā)現(xiàn)很大的改變彈性�！� 技術(shù)成熟度 對于空軍而言，目標是在2018年里程碑A決策前實現(xiàn)發(fā)動機具有較高的技術(shù)成熟度，從而支撐第六代戰(zhàn)斗機F-A轉(zhuǎn)入技術(shù)開發(fā)階段的需要。
然而，直到里程碑B決策，即進入工程和制造開發(fā)階段前，發(fā)動機的生產(chǎn)都不需要裝備好。馬丁表示：“如果在里程碑B時達到技術(shù)成熟度等級6級，那么就是很好的情況�！弊赃m應(yīng)發(fā)動機技術(shù)已經(jīng)設(shè)定在今年年度前達到技術(shù)成熟度等級6級，如果需要將在2021年完成生產(chǎn)型發(fā)動機的準備工作。
自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機的一項關(guān)鍵技術(shù)是自適應(yīng)風扇，它將允許發(fā)動機根據(jù)高度和速度利用第三涵道來流改變發(fā)動機的涵道比。第三涵道的氣流用于增加或減少發(fā)動機的涵道比，或用于冷卻。 馬丁稱：“我們能夠有效地改變整個飛行包線的發(fā)動機性能。” 在較高的超聲速段，第三涵道能夠通過允許額外的氣流通過發(fā)動機減少溢出阻力，但是由于進氣道幾何的物理特性，馬赫數(shù)2.2以上的性能仍舊受到限制。麥考密克稱“第三涵道對于超聲速幫助良多。”
例如，戰(zhàn)斗機用自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機將在起飛和超聲速飛行這些需要高單位推力時采用小涵道比配置。較小的涵道氣流流經(jīng)發(fā)動機核心機。但是小涵道比大單位推力高噴氣速度的配置意味著較低的推進效率，這對高效巡航飛行而言極為不利。因此，自適應(yīng)風扇允許發(fā)動機在巡航狀態(tài)下，轉(zhuǎn)入大涵道比構(gòu)型以獲得較高的推進效率。 實現(xiàn)未來自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機的更高效不僅僅依賴自適應(yīng)風扇，新型材料的應(yīng)用允許發(fā)動機在更大壓比和更高溫度環(huán)境下運行。
第一種戰(zhàn)斗機用變循環(huán)發(fā)動機是1990年代出現(xiàn)的通用電氣公司的YF120發(fā)動機，該機惜敗于配裝F-22的普惠公司F119發(fā)動機。麥考密克說：“YF120發(fā)動機是一種關(guān)注不同區(qū)域的自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機。ADVENT和AETD主要是關(guān)注燃油效率，當然AETD項目還有額外的推力能力要求，以及顯著改進熱管理的需要。而YF120發(fā)動機關(guān)注的是如何利用自適應(yīng)變循環(huán)滿足飛機超聲巡航需要�！�
第一步 空軍實施了其第六代變循環(huán)發(fā)動機的第一步，即在2007年由空軍研究實驗室啟動自適應(yīng)通用發(fā)動機技術(shù)（ADVENT）項目�？哲娧芯繉嶒炇业哪繕藢⑾乱淮l(fā)動機技術(shù)發(fā)展至技術(shù)成熟度等級6級（TRL-6）和制造成熟度等級6級（MRL-6），達到該等級意味著可制造原型機并進行相關(guān)環(huán)境試驗。
通用電氣公司和羅爾斯 羅伊斯公司分別獲得了ADVENT項目為期6年的合同，生產(chǎn)下一代發(fā)動機驗證機。普惠公司的ADVENT設(shè)計并未入選該項目，但是公司仍利用自身資源發(fā)展相關(guān)技術(shù)，以期獲得的后續(xù)工作。 肯揚表示普惠公司的工作主要是圍繞F-135發(fā)動機風扇改進型的研制，該發(fā)動機配裝洛克希德公司的F-35聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機。 普惠公司使用該風扇在公司的壓縮機研究設(shè)施上進行自適應(yīng)風扇能力的驗證。 肯揚表示：“在該試驗中，我們能夠驗證控制來流通過不同涵道的能力�！弊罱K，普惠公司的自主投資獲得了豐厚的回報。
實現(xiàn)自適應(yīng)循環(huán)
與此同時，經(jīng)過六年的發(fā)展，通用電氣公司在2013年11月26日開始測試其ADVENT發(fā)動機驗證機。目前，ADVENT發(fā)動機試驗工作正在進行之中，預計在今年晚些時候結(jié)束。麥考密克表示：我們在（俄亥俄州）埃汶代爾擁有一個完整的自適應(yīng)循環(huán)技術(shù)發(fā)動機。它不是一個僅具備自適應(yīng)循環(huán)功能的發(fā)動機，而是一臺完全功能的發(fā)動機，具有滿足下一代推進系統(tǒng)已經(jīng)成熟的全套技術(shù)�！�
麥考密克表示通用電氣公司的ADVENT發(fā)動機配有可產(chǎn)生第三涵道氣流的自適應(yīng)風扇，超級高壓壓氣機和新型燃燒系統(tǒng)，應(yīng)用了諸如陶瓷基復合材料等不同類型的新材料和冷卻技術(shù)。
在試驗中，通用電氣公司的ADVENT設(shè)計核心機溫度超過其目標值130華氏度。據(jù)該公司介紹，該發(fā)動機創(chuàng)造了美國空軍研究實驗室評估的噴氣發(fā)動機推進裝置的組合壓氣機和渦輪的最高溫度記錄。
此外，麥考密克表示ADVENT發(fā)動機驗證機在很多指標方面超出預期，包括燃油消耗。ADVENT的燃油效率目標是減少25%的油耗。 空軍研究實驗室隨后開展的自適應(yīng)發(fā)動機技術(shù)發(fā)展（AETD）項目是為了將ADVENT項目開發(fā)技術(shù)進一步發(fā)展成具備飛行能力的設(shè)計。ADVENT項目的主要目的是驗證自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機工作的可行性。工程師并未考慮重量、尺寸或其他因素，而這些因正是關(guān)乎發(fā)動機是否能夠成功配裝戰(zhàn)斗機。
麥考密克表示：”AETD正應(yīng)用ADVENT獲得的全套技術(shù)，并將其發(fā)展、成熟，并正在尋求利用這些技術(shù)設(shè)計真正可以配裝飛機的發(fā)動機�！暗茿ETD項目并非ADVENT項目的直接延續(xù)。美國空軍進行了新項目的競爭，最終通用電氣公司和普惠公司贏得勝利，而羅爾斯 羅伊斯公司則被淘汰出局。
初步設(shè)計 然而，兩家中標公司必須完成完整的發(fā)動機設(shè)計以進行初步設(shè)計評審（PDR）。PDR原定于2014年11月進行，但那時美國空軍支持兩家公司將其推遲至2015年2月。
推遲PDR的原因主要有兩個。一個主要原因是AETD項目的后繼NextGen項目可能無法在2016財年前啟動。
麥考密克表示：”由于后繼項目在2016財年才能啟動，因而通過調(diào)整初步設(shè)計評審里程碑的時間，將有助于我們調(diào)配人力資源。第二個原因是空軍研究實驗室有意，實際上是鼓勵我們推后時間，從而和我們競爭對手當前初步設(shè)計評審的時間表相一致�！霸贏ETD項目中，有兩階段的試驗。第一階段包括一些燃燒室試驗臺，其中一個是完整的環(huán)形燃燒室。此外，通用電氣公司將會試驗集成排氣系統(tǒng)的試驗臺和使用陶瓷基復合材料的部件，所有這些應(yīng)當在2015年初完成。
麥考密克表示：“我們正在進行試驗，其中主要是燃燒室部分。實際上，我們正在試驗第三個獨立燃燒室設(shè)計，我們還即將開始的噴管試驗，將在NASA位于克利夫蘭（俄亥俄州）試驗室進行相關(guān)試驗，預計將持續(xù)整個夏天。 試驗的第二階段包括風扇試驗臺、壓縮機試驗臺和核心機試驗�！蓖ㄓ秒姎夤居媱澰�2015年末或2016年初進行風扇和壓縮機試驗，并在2016年底前進行核心機試驗。 麥考密克表示，在AETD項目中并未進行發(fā)動機整機試驗。當然，也是因為沒有任何要求和需要在該項目中進行整機試驗。
在AETD之后，是在美國空軍的NextGen項目下進行實用型自適應(yīng)發(fā)動機的研制。今年早些時候，國防部長哈格爾宣布將投資10億美元以實現(xiàn)先進發(fā)動機的生產(chǎn)。然而，現(xiàn)在并無太多如何進行后續(xù)研發(fā)工作的細節(jié)透露。（許赟）
