2013年中國試飛新機(jī)世界第一 美研六代機(jī)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(jī)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(jī)的研制工作早已啟動，新一代發(fā)動機(jī)將決定第六代戰(zhàn)斗機(jī)可達(dá)到何種水平，而空軍和海軍的第六代戰(zhàn)斗機(jī)都將速度更快、航程更遠(yuǎn)、效率更高。
發(fā)動機(jī)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(jìn)系統(tǒng)的工作。發(fā)動機(jī)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(jī)的發(fā)動機(jī)概念研究工作。
通用電氣公司自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機(jī)項目總經(jīng)理丹·麥考密克表示：“正如我們當(dāng)前所見，在關(guān)于第六代戰(zhàn)斗機(jī)的討論中，推進(jìn)系統(tǒng)的能力成為影響飛機(jī)尺寸、進(jìn)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(jìn)系統(tǒng)集成至第六代戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)的研制工作，用于配套F/A-18E/F和F-22后繼機(jī)。
新一代發(fā)動機(jī)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(dāng)代發(fā)動機(jī)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(jī)必須先于配套飛機(jī)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(jī)問題中吸取了足夠的教訓(xùn)。
下一代戰(zhàn)斗機(jī)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(biāo)中一窺端倪。
美國空軍已通過自適應(yīng)通用發(fā)動機(jī)技術(shù)（ADVENT）、自適應(yīng)發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展和下一代（NextGen）項目推進(jìn)第六代戰(zhàn)斗機(jī)F-X配套發(fā)動機(jī)的技術(shù)成熟，而美國海軍則通過變循環(huán)先進(jìn)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(jī)推進(jìn)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(jī)將具備較現(xiàn)有打擊戰(zhàn)斗機(jī)遠(yuǎn)得多的航程。此外，第六代戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)滿足各類需求，而非設(shè)計一個巨大的飛機(jī)�！弊冄h(huán)發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)的效率�，F(xiàn)有跡象意味著第六代戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)）必須迅速達(dá)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(jī)群，以防止蘇聯(lián)發(fā)動對航母的巡航導(dǎo)彈攻擊。蘇聯(lián)解體后，該任務(wù)不再成為美航母艦載機(jī)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(jī)將有相當(dāng)好的長細(xì)比，將是一架超聲速飛機(jī)。因此，需要采用變循環(huán)發(fā)動機(jī)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(jī)領(lǐng)域（空軍和海軍）是一個密切合作的團(tuán)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。”馬丁介紹了海軍相關(guān)工作的部分細(xì)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(jī)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(jìn)行部分推進(jìn)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(jī)工作確切循環(huán)的重要信息，同時機(jī)身和發(fā)動機(jī)需要作為一個集成的整體考慮。
普惠公司下一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)總經(jīng)理詹姆斯·肯揚(yáng)表示，對于普惠公司而言，VCAT項目還意味著探索除風(fēng)扇外，是否發(fā)動機(jī)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(biāo)是在2018年里程碑A決策前實現(xiàn)發(fā)動機(jī)具有較高的技術(shù)成熟度，從而支撐第六代戰(zhàn)斗機(jī)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(jìn)入工程和制造開發(fā)階段前，發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)都不需要裝備好。馬丁表示：“如果在里程碑B時達(dá)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(jī)技術(shù)已經(jīng)設(shè)定在今年年度前達(dá)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(jī)的準(zhǔn)備工作。
自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機(jī)的一項關(guān)鍵技術(shù)是自適應(yīng)風(fēng)扇，它將允許發(fā)動機(jī)根據(jù)高度和速度利用第三涵道來流改變發(fā)動機(jī)的涵道比。第三涵道的氣流用于增加或減少發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)減少溢出阻力，但是由于進(jìn)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(jī)用自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機(jī)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(jī)核心機(jī)。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(jìn)效率，這對高效巡航飛行而言極為不利。因此，自適應(yīng)風(fēng)扇允許發(fā)動機(jī)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(jìn)效率。 實現(xiàn)未來自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機(jī)的更高效不僅僅依賴自適應(yīng)風(fēng)扇，新型材料的應(yīng)用允許發(fā)動機(jī)在更大壓比和更高溫度環(huán)境下運(yùn)行。
第一種戰(zhàn)斗機(jī)用變循環(huán)發(fā)動機(jī)是1990年代出現(xiàn)的通用電氣公司的YF120發(fā)動機(jī)，該機(jī)惜敗于配裝F-22的普惠公司F119發(fā)動機(jī)。麥考密克說：“YF120發(fā)動機(jī)是一種關(guān)注不同區(qū)域的自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機(jī)。ADVENT和AETD主要是關(guān)注燃油效率，當(dāng)然AETD項目還有額外的推力能力要求，以及顯著改進(jìn)熱管理的需要。而YF120發(fā)動機(jī)關(guān)注的是如何利用自適應(yīng)變循環(huán)滿足飛機(jī)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(jī)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(jī)技術(shù)（ADVENT）項目�？哲娧芯繉嶒炇业哪繕�(biāo)將下一代發(fā)動機(jī)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(dá)到該等級意味著可制造原型機(jī)并進(jìn)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(jī)驗證機(jī)。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(yáng)表示普惠公司的工作主要是圍繞F-135發(fā)動機(jī)風(fēng)扇改進(jìn)型的研制，該發(fā)動機(jī)配裝洛克希德公司的F-35聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)。 普惠公司使用該風(fēng)扇在公司的壓縮機(jī)研究設(shè)施上進(jìn)行自適應(yīng)風(fēng)扇能力的驗證。 肯揚(yáng)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(jī)驗證機(jī)。目前，ADVENT發(fā)動機(jī)試驗工作正在進(jìn)行之中，預(yù)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(jī)。它不是一個僅具備自適應(yīng)循環(huán)功能的發(fā)動機(jī)，而是一臺完全功能的發(fā)動機(jī)，具有滿足下一代推進(jìn)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(jī)配有可產(chǎn)生第三涵道氣流的自適應(yīng)風(fēng)扇，超級高壓壓氣機(jī)和新型燃燒系統(tǒng)，應(yīng)用了諸如陶瓷基復(fù)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(jī)溫度超過其目標(biāo)值130華氏度。據(jù)該公司介紹，該發(fā)動機(jī)創(chuàng)造了美國空軍研究實驗室評估的噴氣發(fā)動機(jī)推進(jìn)裝置的組合壓氣機(jī)和渦輪的最高溫度記錄。
此外，麥考密克表示ADVENT發(fā)動機(jī)驗證機(jī)在很多指標(biāo)方面超出預(yù)期，包括燃油消耗。ADVENT的燃油效率目標(biāo)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(jī)技術(shù)發(fā)展（AETD）項目是為了將ADVENT項目開發(fā)技術(shù)進(jìn)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(jī)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(jī)是否能夠成功配裝戰(zhàn)斗機(jī)。
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(jī)的發(fā)動機(jī)�！暗茿ETD項目并非ADVENT項目的直接延續(xù)。美國空軍進(jìn)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(biāo)公司必須完成完整的發(fā)動機(jī)設(shè)計以進(jìn)行初步設(shè)計評審（PDR）。PDR原定于2014年11月進(jìn)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(dāng)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(fù)合材料的部件，所有這些應(yīng)當(dāng)在2015年初完成。
麥考密克表示：“我們正在進(jìn)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(jìn)行相關(guān)試驗，預(yù)計將持續(xù)整個夏天。 試驗的第二階段包括風(fēng)扇試驗臺、壓縮機(jī)試驗臺和核心機(jī)試驗�！蓖ㄓ秒姎夤居媱澰�2015年末或2016年初進(jìn)行風(fēng)扇和壓縮機(jī)試驗，并在2016年底前進(jìn)行核心機(jī)試驗。 麥考密克表示，在AETD項目中并未進(jìn)行發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗。當(dāng)然，也是因為沒有任何要求和需要在該項目中進(jìn)行整機(jī)試驗。
在AETD之后，是在美國空軍的NextGen項目下進(jìn)行實用型自適應(yīng)發(fā)動機(jī)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(jìn)發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)。然而，現(xiàn)在并無太多如何進(jìn)行后續(xù)研發(fā)工作的細(xì)節(jié)透露。（許赟）
