美制航空六代發(fā)動機

美研第6代發(fā)動機確保打贏未來之戰(zhàn)據(jù)美國《航宇日報》11月2日報道，美國通用電氣和普惠公司獲得了價值超過6.8億美元的演示驗證變循環(huán)戰(zhàn)斗機發(fā)動機合同。美國空軍希望這兩家公司繼續(xù)完善“自適應(yīng)發(fā)動機技術(shù)開發(fā)”項目，通過大幅度提高發(fā)動機的燃燒效率、大幅度增加發(fā)動機推力和飛機航程，生產(chǎn)出第六代作戰(zhàn)飛機所需的發(fā)動機。正當人們驚嘆第四代、第五代飛機及其發(fā)動機的卓越性能時，美國第六代發(fā)動機即將面世。第六代發(fā)動機對于全面提升飛機性能具有里程碑意義長期以來，美國堅信先進武器裝備是戰(zhàn)爭勝負的“決定性”因素，因而十分注重先進軍事技術(shù)的研發(fā)。近年來，由于俄羅斯等國大力開發(fā)第五代戰(zhàn)機和先進防空系統(tǒng)，美軍預(yù)測，到本世紀20年代中期，美國將會失去對俄羅斯的空戰(zhàn)優(yōu)勢。出于這種考慮，美國軍方下定決心：停止第五代戰(zhàn)機F-22的生產(chǎn)，把資金用于第六代戰(zhàn)機的研制。目的是使自己始終處于航空技術(shù)的最前沿，保持對潛在敵人的飛機代差，確保美國的空中優(yōu)勢地位。F-22戰(zhàn)機初期概念性研究始于上世紀80年代初，美國將這些概念變成行動能力用了20多年。這一歷史經(jīng)驗使其認識到：只有及早動手，才能擁有對潛在對手的絕對軍事優(yōu)勢，讓對于不敢對美國發(fā)動戰(zhàn)爭。為此，美國需要另外一個20年來研制第六代戰(zhàn)機，并力爭使其在2028~2032年服役。航空發(fā)動機是飛機的心臟。發(fā)展第六代戰(zhàn)斗機，迫切需要相應(yīng)的發(fā)動機。為此，美軍早在2006年就開始了第六代發(fā)動機的論證工作。根據(jù)美國空軍研究實驗室的研制計劃，第六代發(fā)動機共分兩個階段進行技術(shù)研發(fā)。第一階段開發(fā)“自適應(yīng)通用發(fā)動機技術(shù)”(ADVENT)項目。由羅爾斯?羅伊斯公司和通用電氣公司承擔，共耗資5.24億美元，目的是演示第六代戰(zhàn)斗機的動力裝置技術(shù)，該技術(shù)的主要用途是為下一代亞聲速轟炸機提供動力。這個項目分兩步進行：第一步，在2007~2008年，進行為期一年的概念探索研究，初步設(shè)計出發(fā)動機并進行關(guān)鍵部件試驗；第二步，從2009年9月開始，進行為期3年的研制。要在風扇、壓氣機和渦輪等核心部件上取得重大突破。目前，第一階段的項目任務(wù)已基本完成，通用電氣公司已經(jīng)完成自適應(yīng)風扇技術(shù)的演示實驗工作，并進行了首臺核心機的測試，發(fā)動機的核心機已實現(xiàn)變流量工作，并進行了技術(shù)驗證，2013年還將進行整機試車。第二階段是“自適應(yīng)發(fā)動機技術(shù)開發(fā)”（AETD）項目。由通用電氣公司和普惠公司承擔，重點是為超聲速戰(zhàn)斗機提供動力。該項目從2013年開始，為期4年，計劃2015年前進行環(huán)形燃燒室和高壓壓氣機裝置試驗，2016年進行自適應(yīng)風扇和核心機驗證機試驗，并完成地面演示驗證，2017年進行整機地面試驗。美軍認為，這兩個項目對于保持美國在發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢地位十分重要，其意義如同由渦輪噴氣發(fā)動機到渦輪風扇發(fā)動機的進步，對于全面提升飛機的性能具有里程碑意義。“三流道”技術(shù)實現(xiàn)原理突破從原理上講，一臺好的航空渦輪發(fā)動機，其性能主要取決于兩大方面：大壓比和高溫度。增大壓比可提高壓縮機的壓力，使壓縮機進來的氣體產(chǎn)生很高的壓力。提高溫度就是提高渦輪前溫度，使燃燒室里溫度增高。從當今航空發(fā)動機的情況看，如果沒有發(fā)動機原理方面的重大突破，這兩個指標再向上提的空間都不大。美國預(yù)研的第六代發(fā)動機有多種不同的類型，比較典型的有兩種：一種是以通用電氣公司為代表的新一代發(fā)動機。這類發(fā)動機運用了自適應(yīng)通用發(fā)動機技術(shù)等新的技術(shù)方案和原理。另一種是以普惠公司為代表的改進型發(fā)動機，這類發(fā)動機是在已有發(fā)動機的基礎(chǔ)上改進而成的。例如，普惠公司研制的PW9000第六代發(fā)動機，就是在F135和“靜潔動力”PW1000齒輪傳動發(fā)動機基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。但無論是哪種類型的發(fā)動機，都運用了變循環(huán)發(fā)動機的自適應(yīng)風扇技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，并且都研制了全新的高壓核心機。第六代發(fā)動機在技術(shù)原理上最重大的突破就是“三流道”技術(shù)。該技術(shù)全稱是：變前端可旁通“三流道”架構(gòu)技術(shù)。傳統(tǒng)渦扇發(fā)動機擁有核心機和涵道兩種氣流形式，第六代發(fā)動機則有了第三個外流道。該外流道的第三股氣流由自適應(yīng)風扇產(chǎn)生，關(guān)閉外流道，可提升起飛和超聲速階段的推力；打開外流道，則能降低巡航和留空時的燃油消耗率。此外，有了外流道，可極大改進發(fā)動機的熱管理及進氣道壓力恢復(fù)能力，減小發(fā)動機內(nèi)的氣流阻力，提高氣動效率，從而減小安裝阻力，增大發(fā)動機的功率，這不僅能使飛機達到6馬赫的高速度，還可為飛機提供額外的冷卻空氣。五大特點展現(xiàn)第六代發(fā)動機美好前景第六代發(fā)動機是比目前發(fā)動機更優(yōu)越的新一代噴氣式發(fā)動機，與前五代發(fā)動機相比，第六代發(fā)動機將呈現(xiàn)出以下五大突出特點：一是耗油少、效率高。第六代發(fā)動機具有更優(yōu)的結(jié)構(gòu)、更高的進氣流量，能夠?qū)崿F(xiàn)更低的燃油消耗。其燃燒效率比目前最新的第五代發(fā)動機（F-35戰(zhàn)斗機配裝的F135發(fā)動機）提高25%，因此，耗油率比第五代戰(zhàn)機降低25%。耗油率的降低，可大大增加飛機的續(xù)航時間、待機時間，它可使亞音速飛機航程增加30%，待機時間增加70%；使超音速飛機航程增加40%，待機時間增加80%。由于使用變循環(huán)發(fā)動機技術(shù)，當飛機亞音速巡航時采用高旁路渦扇模式，超音速巡航時則采用渦噴模式，從而拓寬了發(fā)動機的工作范圍，提高了不同飛行狀態(tài)下發(fā)動機的工作效率，使第六代飛機既能亞聲速巡航飛行，又能進行3?6馬赫的超聲速巡航飛行。二是推力大、重量輕。與第五代發(fā)動機相比，第六代發(fā)動機的功率得到大幅度提高，其中間推力（無加力推力）將增大5%，最大推力增大10%，工作航程提高30%。它可進一步提高飛機的飛行速度和高速沖刺能力，使第六代飛機在不開加力的條件下保持超音速巡航飛行，并縮短了飛機起降距離。第六代發(fā)動機中，新材料的貢獻率將達到50%以上。“材料先行”已成為航空發(fā)動機研制的客觀規(guī)律，第六代發(fā)動機將采取新材料技術(shù)，綜合運用單品材料、熱強鈦合金、熱強竦合金、耐火合金材料、特種合金材料、抗腐蝕保護層等大量新材料，使發(fā)動機的重量大大減輕，其推重比可達到15?20，而目前最先進飛機的推重比僅為10。三是兼容性強、成本低。第六代發(fā)動機采用自適應(yīng)通用發(fā)動機技術(shù)和高效嵌入式渦輪發(fā)動機技術(shù)，利用一種核心發(fā)動機或基準發(fā)動機可衍生出系列發(fā)動機，以滿足不同任務(wù)飛機的需求，因而擴大了發(fā)動機的適用范圍，使之具有良好的兼容性。按照美軍設(shè)想，第六代發(fā)動機能夠滿足未來全譜系空中平臺能力的需要，既可裝配在空軍第六代飛機上，也可裝配在海軍F/A-XX第六代超音速戰(zhàn)斗機上，還可以供無人轟炸機使用。而且，第五代F-35、F-22等戰(zhàn)機只需經(jīng)過稍許改裝就能換裝第六代發(fā)動機。由于通用性強，第六代發(fā)動機的經(jīng)濟可承受性將大大改善，其研發(fā)成本和裝備價格將大大降低，性價比也隨之提高。據(jù)美軍預(yù)測，第六代發(fā)動機的性價比將是2000年基準發(fā)動機的10倍。四是零件少、用途多。當今航空發(fā)動機的內(nèi)部極其復(fù)雜。葉片、管路、各種零件幾乎貼在一起，使發(fā)動機易出故障且維修困難。第六代發(fā)動機應(yīng)用了變循環(huán)發(fā)動機、自適應(yīng)發(fā)動機等新技術(shù)、新原理，能夠充分利用沖壓效果，使發(fā)動機零件減少70%，可大大降低發(fā)動機的安裝阻力，提高發(fā)動機的可靠性和維修性。第六代發(fā)動機除用于提供動力外，還可用于飛機的方向控制。以戰(zhàn)斗機的垂尾為例，垂尾是保證飛行和起降時飛機方向安定與方向操縱的重要部件，但垂直豎立的巨型垂尾是隱身的噩夢。第六代發(fā)動機利用發(fā)動機的推力矢量、氣動控制面和壓氣機引氣方式等實現(xiàn)飛機的方向控制，使第六代飛機成為沒有垂尾的戰(zhàn)斗機。加之發(fā)動機的排放溫度低，不僅提高了飛機的可靠性，還提高了飛機的隱身性能，使第