2013年中國試飛新機世界第一 美研六代機應對(組圖)
中新網(wǎng)6月26日電 據中國國防科技信息網(wǎng)報道，美國海軍和空軍都在開(kāi)始制定其下一代戰斗機的需求（分別稱(chēng)之為“F/A-XX”和“F-X”項目），但是相關(guān)配套發(fā)動(dòng)機的研制工作早已啟動(dòng)，新一代發(fā)動(dòng)機將決定第六代戰斗機可達到何種水平，而空軍和海軍的第六代戰斗機都將速度更快、航程更遠、效率更高。
發(fā)動(dòng)機將是F/A-XX和F-X項目研制中最具挑戰性的技術(shù)部分之一。因此，美國國防部已經(jīng)開(kāi)始研制下一代推進(jìn)系統的工作。發(fā)動(dòng)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斗機的發(fā)動(dòng)機概念研究工作。
通用電氣公司自適應循環(huán)發(fā)動(dòng)機項目總經(jīng)理丹·麥考密克表示：“正如我們當前所見(jiàn)，在關(guān)于第六代戰斗機的討論中，推進(jìn)系統的能力成為影響飛機尺寸、進(jìn)排氣設計的關(guān)鍵因素，并影響設定何種載油量以滿(mǎn)足航程需要。非常需要將推進(jìn)系統集成至第六代戰斗機的設計流程之中�！�
兩家公司已經(jīng)開(kāi)始具有革命性的新型自適應循環(huán)噴氣發(fā)動(dòng)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(dòng)機將能夠改變其涵道比，從而實(shí)現飛行包線(xiàn)范圍內不同速度、高度點(diǎn)的性能最優(yōu)，當代發(fā)動(dòng)機僅能實(shí)現包線(xiàn)中某一特定點(diǎn)的性能最優(yōu)。
航空發(fā)動(dòng)機必須先于配套飛機平臺發(fā)展，對于這一問(wèn)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(mén)公司的F-14A項目的發(fā)動(dòng)機問(wèn)題中吸取了足夠的教訓。
下一代戰斗機的部分關(guān)鍵要求可以從空軍研究實(shí)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(guò)自適應通用發(fā)動(dòng)機技術(shù)（ADVENT）、自適應發(fā)動(dòng)機技術(shù)發(fā)展和下一代（NextGen）項目推進(jìn)第六代戰斗機F-X配套發(fā)動(dòng)機的技術(shù)成熟，而美國海軍則通過(guò)變循環(huán)先進(jìn)技術(shù)（VCAT）項目實(shí)現相關(guān)技術(shù)成果滿(mǎn)足海軍的應用需要。
通用電氣公司第六代戰斗機推進(jìn)系統專(zhuān)家杰夫·馬丁表示，根據一些要求，推斷第六代戰斗機將具備較現有打擊戰斗機遠得多的航程。此外，第六代戰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(chēng)：“（目前要求的）底線(xiàn)是利用變循環(huán)發(fā)動(dòng)機滿(mǎn)足各類(lèi)需求，而非設計一個(gè)巨大的飛機�！弊冄h(huán)發(fā)動(dòng)機能夠通過(guò)更改配置實(shí)現任意速度、高度點(diǎn)的最高效率。例如，它可以像渦噴發(fā)動(dòng)機一樣在超聲速飛行，也可以在亞聲速巡航時(shí)具有大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機的效率�，F有跡象意味著(zhù)第六代戰斗機將設計需要更好地滿(mǎn)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(chēng)：“海軍已經(jīng)提出了甲板彈射攔截任務(wù)，所以（第六代戰斗機）必須迅速達到數百海里之外的區域，同時(shí)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(dòng)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。馬丁指出：“我尚不清楚超聲速巡航是否會(huì )是主要要求，也不清楚這是否會(huì )帶來(lái)不同。第六代戰斗機將有相當好的長(cháng)細比，將是一架超聲速飛機。因此，需要采用變循環(huán)發(fā)動(dòng)機實(shí)現超聲速巡航。無(wú)論如何，超聲速巡航時(shí)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，但是據美國空軍研究實(shí)驗室的官員稱(chēng)，雙方正在密切合作，在一份聲明中稱(chēng)：“發(fā)動(dòng)機領(lǐng)域（空軍和海軍）是一個(gè)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(zhuān)家中獲得額外的見(jiàn)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。他表示，海軍VCAT項目真正的目的是確定和實(shí)施，為滿(mǎn)足海軍第六代戰斗機的需要，在空軍實(shí)驗室相關(guān)項目的基礎上還需開(kāi)展的特殊項目。據馬丁稱(chēng)，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(jià)值。海軍項目已經(jīng)提供了定義發(fā)動(dòng)機工作確切循環(huán)的重要信息，同時(shí)機身和發(fā)動(dòng)機需要作為一個(gè)集成的整體考慮。
普惠公司下一代戰斗機發(fā)動(dòng)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(zhù)探索除風(fēng)扇外，是否發(fā)動(dòng)機的其他部分可采用可變設計。他表示“這將帶來(lái)更大程度可變性。你可以通過(guò)改變其他設定替代改變涵道比，深入其中就會(huì )發(fā)現很大的改變彈性�！� 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(shí)現發(fā)動(dòng)機具有較高的技術(shù)成熟度，從而支撐第六代戰斗機F-A轉入技術(shù)開(kāi)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(kāi)發(fā)階段前，發(fā)動(dòng)機的生產(chǎn)都不需要裝備好。馬丁表示：“如果在里程碑B時(shí)達到技術(shù)成熟度等級6級，那么就是很好的情況�！弊赃m應發(fā)動(dòng)機技術(shù)已經(jīng)設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(dòng)機的準備工作。
自適應循環(huán)發(fā)動(dòng)機的一項關(guān)鍵技術(shù)是自適應風(fēng)扇，它將允許發(fā)動(dòng)機根據高度和速度利用第三涵道來(lái)流改變發(fā)動(dòng)機的涵道比。第三涵道的氣流用于增加或減少發(fā)動(dòng)機的涵道比，或用于冷卻。 馬丁稱(chēng)：“我們能夠有效地改變整個(gè)飛行包線(xiàn)的發(fā)動(dòng)機性能�！� 在較高的超聲速段，第三涵道能夠通過(guò)允許額外的氣流通過(guò)發(fā)動(dòng)機減少溢出阻力，但是由于進(jìn)氣道幾何的物理特性，馬赫數2.2以上的性能仍舊受到限制。麥考密克稱(chēng)“第三涵道對于超聲速幫助良多�！�
例如，戰斗機用自適應循環(huán)發(fā)動(dòng)機將在起飛和超聲速飛行這些需要高單位推力時(shí)采用小涵道比配置。較小的涵道氣流流經(jīng)發(fā)動(dòng)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(zhù)較低的推進(jìn)效率，這對高效巡航飛行而言極為不利。因此，自適應風(fēng)扇允許發(fā)動(dòng)機在巡航狀態(tài)下，轉入大涵道比構型以獲得較高的推進(jìn)效率。 實(shí)現未來(lái)自適應循環(huán)發(fā)動(dòng)機的更高效不僅僅依賴(lài)自適應風(fēng)扇，新型材料的應用允許發(fā)動(dòng)機在更大壓比和更高溫度環(huán)境下運行。
第一種戰斗機用變循環(huán)發(fā)動(dòng)機是1990年代出現的通用電氣公司的YF120發(fā)動(dòng)機，該機惜敗于配裝F-22的普惠公司F119發(fā)動(dòng)機。麥考密克說(shuō)：“YF120發(fā)動(dòng)機是一種關(guān)注不同區域的自適應循環(huán)發(fā)動(dòng)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(zhù)改進(jìn)熱管理的需要。而YF120發(fā)動(dòng)機關(guān)注的是如何利用自適應變循環(huán)滿(mǎn)足飛機超聲巡航需要�！�
第一步 空軍實(shí)施了其第六代變循環(huán)發(fā)動(dòng)機的第一步，即在2007年由空軍研究實(shí)驗室啟動(dòng)自適應通用發(fā)動(dòng)機技術(shù)（ADVENT）項目�？哲娧芯繉�(shí)驗室的目標將下一代發(fā)動(dòng)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(zhù)可制造原型機并進(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(dòng)機驗證機。普惠公司的ADVENT設計并未入選該項目，但是公司仍利用自身資源發(fā)展相關(guān)技術(shù)，以期獲得的后續工作。 肯揚表示普惠公司的工作主要是圍繞F-135發(fā)動(dòng)機風(fēng)扇改進(jìn)型的研制，該發(fā)動(dòng)機配裝洛克希德公司的F-35聯(lián)合打擊戰斗機。 普惠公司使用該風(fēng)扇在公司的壓縮機研究設施上進(jìn)行自適應風(fēng)扇能力的驗證。 肯揚表示：“在該試驗中，我們能夠驗證控制來(lái)流通過(guò)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(shí)現自適應循環(huán)
與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)六年的發(fā)展，通用電氣公司在2013年11月26日開(kāi)始測試其ADVENT發(fā)動(dòng)機驗證機。目前，ADVENT發(fā)動(dòng)機試驗工作正在進(jìn)行之中，預計在今年晚些時(shí)候結束。麥考密克表示：我們在（俄亥俄州）埃汶代爾擁有一個(gè)完整的自適應循環(huán)技術(shù)發(fā)動(dòng)機。它不是一個(gè)僅具備自適應循環(huán)功能的發(fā)動(dòng)機，而是一臺完全功能的發(fā)動(dòng)機，具有滿(mǎn)足下一代推進(jìn)系統已經(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(dòng)機配有可產(chǎn)生第三涵道氣流的自適應風(fēng)扇，超級高壓壓氣機和新型燃燒系統，應用了諸如陶瓷基復合材料等不同類(lèi)型的新材料和冷卻技術(shù)。
在試驗中，通用電氣公司的ADVENT設計核心機溫度超過(guò)其目標值130華氏度。據該公司介紹，該發(fā)動(dòng)機創(chuàng )造了美國空軍研究實(shí)驗室評估的噴氣發(fā)動(dòng)機推進(jìn)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(dòng)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(shí)驗室隨后開(kāi)展的自適應發(fā)動(dòng)機技術(shù)發(fā)展（AETD）項目是為了將ADVENT項目開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展成具備飛行能力的設計。ADVENT項目的主要目的是驗證自適應循環(huán)發(fā)動(dòng)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(dòng)機是否能夠成功配裝戰斗機。
麥考密克表示：”AETD正應用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)設計真正可以配裝飛機的發(fā)動(dòng)機�！暗茿ETD項目并非ADVENT項目的直接延續。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(yíng)得勝利，而羅爾斯 羅伊斯公司則被淘汰出局。
初步設計 然而，兩家中標公司必須完成完整的發(fā)動(dòng)機設計以進(jìn)行初步設計評審（PDR）。PDR原定于2014年11月進(jìn)行，但那時(shí)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(gè)。一個(gè)主要原因是AETD項目的后繼NextGen項目可能無(wú)法在2016財年前啟動(dòng)。
麥考密克表示：”由于后繼項目在2016財年才能啟動(dòng)，因而通過(guò)調整初步設計評審里程碑的時(shí)間，將有助于我們調配人力資源。第二個(gè)原因是空軍研究實(shí)驗室有意，實(shí)際上是鼓勵我們推后時(shí)間，從而和我們競爭對手當前初步設計評審的時(shí)間表相一致�！霸贏(yíng)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(gè)是完整的環(huán)形燃燒室。此外，通用電氣公司將會(huì )試驗集成排氣系統的試驗臺和使用陶瓷基復合材料的部件，所有這些應當在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(shí)際上，我們正在試驗第三個(gè)獨立燃燒室設計，我們還即將開(kāi)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，預計將持續整個(gè)夏天。 試驗的第二階段包括風(fēng)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(jìn)行風(fēng)扇和壓縮機試驗，并在2016年底前進(jìn)行核心機試驗。 麥考密克表示，在A(yíng)ETD項目中并未進(jìn)行發(fā)動(dòng)機整機試驗。當然，也是因為沒(méi)有任何要求和需要在該項目中進(jìn)行整機試驗。
在A(yíng)ETD之后，是在美國空軍的NextGen項目下進(jìn)行實(shí)用型自適應發(fā)動(dòng)機的研制。今年早些時(shí)候，國防部長(cháng)哈格爾宣布將投資10億美元以實(shí)現先進(jìn)發(fā)動(dòng)機的生產(chǎn)。然而，現在并無(wú)太多如何進(jìn)行后續研發(fā)工作的細節透露。（許赟）
