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美军新一代战斗机发动机研制概况

    紧密的合作伙伴关系

    尽管海军和空军拥有独立的项目,但是据美国空军研究实验室的官员称双方正在密切合作。空军研究实验室在一份声明中称:“发动机领域(空军和海军)是一个密 切合作的团队,我们已经对海军完全透明。我们已经邀请海军参与所有的评审。我们从海军专家中获得额外的见解。海军已经成为ADVENT和AETD项目的真 正参与者。”马丁介绍了海军相关工作的部分细节。他表示,海军VCAT项目真正的目的是确定和实施,为满足海军第六代战斗机的需要,在空军实验室相关项目 的基础上还需开展的特殊项目。据马丁称,VCAT项目最终将进行部分推进装置试验,这已证明是非常有价值。海军项目已经提供了定义发动机工作确切循环的重 要信息,同时机身和发动机需要作为一个集成的整体考虑。

    普惠公司下一代战斗机发动机总经理詹姆斯•肯扬表示,对于普惠公司而言,VCAT项目还意味着探索除风扇外,是否发动机的其他部分可采用可变设计。他表示 “这将带来更大程度可变性。你可以通过改变其他设定替代改变涵道比,深入其中就会发现很大的改变弹性。” 技术成熟度 对于空军而言,目标是在2018年里程碑A决策前实现发动机具有较高的技术成熟度,从而支撑第六代战斗机F-A转入技术开发阶段的需要。

    然而,直到里程碑B决策,即进入工程和制造开发阶段前,发动机的生产都不需要装备好。马丁表示:“如果在里程碑B时达到技术成熟度等级6级,那么就是很好 的情况。”自适应发动机技术已经设定在今年年度前达到技术成熟度等级6级,如果需要将在2021年完成生产型发动机的准备工作。

    自适应循环发动机的一项关键技术是自适应风扇,它将允许发动机根据高度和速度利用第三涵道来流改变发动机的涵道比。第三涵道的气流用于增加或减少发动机的 涵道比,或用于冷却。 马丁称:“我们能够有效地改变整个飞行包线的发动机性能。” 在较高的超声速段,第三涵道能够通过允许额外的气流通过发动机减少溢出阻力,但是由于进气道几何的物理特性,马赫数2.2以上的性能仍旧受到限制。麦考密 克称“第三涵道对于超声速帮助良多。”

    例如,战斗机用自适应循环发动机将在起飞和超声速飞行这些需要高单位推力时采用小涵道比配置。较小的涵道气流流经发动机核心机。但是小涵道比大单位推力高 喷气速度的配置意味着较低的推进效率,这对高效巡航飞行而言极为不利。因此,自适应风扇允许发动机在巡航状态下,转入大涵道比构型以获得较高的推进效率。 实现未来自适应循环发动机的更高效不仅仅依赖自适应风扇,新型材料的应用允许发动机在更大压比和更高温度环境下运行。

    第一种战斗机用变循环发动机是1990年代出现的通用电气公司的YF120发动机,该机惜败于配装F-22的普惠公司F119发动机。麦考密克 说:“YF120发动机是一种关注不同区域的自适应循环发动机。ADVENT和AETD主要是关注燃油效率,当然AETD项目还有额外的推力能力要求,以 及显著改进热管理的需要。而YF120发动机关注的是如何利用自适应变循环满足飞机超声巡航需要。”

    第一步 空军实施了其第六代变循环发动机的第一步,即在2007年由空军研究实验室启动自适应通用发动机技术(ADVENT)项目。空军研究实验室的目标将下一代 发动机技术发展至技术成熟度等级6级(TRL-6)和制造成熟度等级6级(MRL-6),达到该等级意味着可制造原型机并进行相关环境试验。

    通用电气公司和罗尔斯•罗伊斯公司分别获得了ADVENT项目为期6年的合同,生产下一代发动机验证机。普惠公司的ADVENT设计并未入选该项目,但是 公司仍利用自身资源发展相关技术,以期获得的后续工作。 肯扬表示普惠公司的工作主要是围绕F-135发动机风扇改进型的研制,该发动机配装洛克希德公司的F-35联合打击战斗机。 普惠公司使用该风扇在公司的压缩机研究设施上进行自适应风扇能力的验证。 肯扬表示:“在该试验中,我们能够验证控制来流通过不同涵道的能力。”最终,普惠公司的自主投资获得了丰厚的回报。

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