美国研发变循环发动机计划2020年配备F-35

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[据美国《航空周刊与空间技术》2012年9月24日报道] 自美国最近一次启动发展全新战斗机发动机已经几乎过去30个年头了，而自涡轮喷气发动机让位给涡轮风扇发动机后到现在则已超过了50年。现在，美国正着手发展新一代的战斗机发动机，结构上即是涡轮风扇发动机，后又可是涡轮喷气发动机。

　　对于工业界，关键在于通过努力，未来数十年要能够生产出制空作战飞机的发动机。因而GE和PW公司在获得美国空军研究实验室(AFRL)的自适应发动机技术发展(AETD)项目后，要马不停蹄的工作，使燃料高效、高推力的动力装置更成熟，2020后可升级洛克希德-马丁公司的F-35和用于未来的第6代作战飞机。

　　AETD是AFRL耗资5.24亿美元的GE和罗罗北美公司承担的、将在2013年进行发动机整机试验的自适应通用发动机技术(ADVENT)项目的后继项目。对于2007年在与GE和罗罗公司竞争ADVENT项目中出局的PW公司而言，被AETD选中是出乎预料的结果，而对于没有收到下一步项目合同的罗罗公司却是一个打击。

　　PW公司先进发动机项目主管Jim Reed说：“当我们未被ADVENT选中时，我们做过许多我们自己台架上的工作。假如我们被AETD选中，可能与此有关。我们必须提出强有力的建议。” 燃料高效发动机可能的发展攸关2020年后用于升级F-35和作为2030年前后服役的未来空军和海军制空战斗机发动机。

　　上一次美国着手发展全新一代的作战飞机发动机是在1980年代早期，开始联合技术演示试验发动机(JTDE)项目，该项目使PW公司发展出洛克希德-马丁公司F-22飞机使用的F119发动机和更进一步的发展型用于F-35的F135发动机。

　　成功扼杀了GE/罗罗公司的F-35替代发动机F136后，PW公司的国会支持者危胁要切断AETD资金，担心它又是一个搞竞争发动机的暗中伎俩。但空军一再保证其目的是成熟技术而不是发展一个发动机，以选择PW公司取代罗罗来平息对AETD批评。

　　AFRL的推进理事会的Tim Lewis说：“我们不生产原型发动机，而是运行核心机。全部3家的建议书都是技术上可接受的，但资金要求我们选择3家中的2家。”罗罗声明对此决定表示失望……会继续参与AFRL的重要项目如ADVENT和HEETE(极高效涡轮发动机)。

　　ADVENT是要证实高压比核心机和自适应风扇、可变涵道、低压系统技术能减少作战飞机发动机的单位耗油率(SFC)达25%，为了2020年后发动机尽早进入到工程和制造发展(EMD)阶段，AETD将使发动机充分成熟，ADVENT和AETD正在为发动机发展和成熟的技术是一个“3气流”结构。除常规涡轮风扇发动机的高压核心机和低压涵道气流外还有一个第3气流，外部流路能够打开和关闭。起飞时，第3气流关闭减少涵道比和转移更多的空气流进入到核心机增加推力。巡航时，第3气流打开，增加涵道比减少燃料消耗。

　　第3气流能够冷却用于发动机热端部件热管理的冷却空气、用作飞机系统热沉的燃料、加力燃烧室和喷口的壁板。这种构造还能够减少飞机的阻力。进气道是按起飞时最大空气流量状态设计，但在巡航时捕获的气流大于发动机的需要，便会造成溢流。第3气流便能够旁路额外的空气，减少溢流阻力，并且增加的流量能够用来填充飞机尾锥部，减少底部阻力。

　　AFRL计算出自适应技术将会比F-35所用的F135发动机改善发动机的燃料效率25%，增加飞机的作战半径25-30%，留空时间增加30-40%。AFRL表示，发动机还能够有助于应对与像中国这样量级对手的潜在冲突引发的反介入和区域拒止挑战。通过增加超声速巡航半径50%和减少30-74%的空中加油机负担能够实现这一点。

　　在48个月的AETD项目中，GE和PW要按比F135的SFC降低25%、但军用(干)功率提高5%和最大加力推力提高10%来设计发动机。Reed表示“我们会使发动机通过初步设计审查”。他说，发动机的尺寸必须仅需适度修改就可匹配F-35飞机。

　　Lewis 说：“AETD将让自适应发动机的技术和制造准备度强壮到处于未来EMD项目的等待点(TRL/MRL = 6)。多年来发动机引导飞机机体的发展，并且如果和当他们开始下一代飞机的EMD阶段时，我们必须已准备好。”

　　Reed 称：“对于第6代，现在正是时候。距离需要发动机我们也许有15年时间，但我们必须从现在起减少风险，因为2020年到来时我们必须开始EMD阶段项目。”

　　制造商预计未来的战斗机需要更大的推力，更优良的燃料经济性和热管理，更大的发电量。Reed说：“但我们不确切知道第6代飞机转换下来的需求是什么。适应性或许是缺少的部分。”

　　AETD项目的阶段1，执行到2015财年中期，包括发动机的初步设计和环型燃烧室、高压压气机的台架试验。阶段2，将在2016财年结束处，由风扇台架试验和发动机核心机试验组成，接着理论上最早2017年进行首次发动机整机试验。

　　Lewis表示：“另外的焦点在加力燃烧室和排气装置的技术上，ADVENT项目没有这类部件。”这包括发展一个排气系统，能够使低压的第3气流更有效的与更高速度的核心机和涵道气流掺混。他说：“我们要形成一个整体的排气装置，产生含有来自第3气流的推力。”

　　2020年之后，与飞机制造商一道并行研究，识别共用核心机的潜在应用。AFRL的Lewis说：“我们会进行由AETD派生的推进系统的定量评价。”

　　AFRL的ADVENT项目经理Matt Meininger说，与此同时，GE本周将对ADVENT项目下的高压核心机进行测试。罗罗公司的自由工厂(LibertyWorks)将在11月底或12月初对其发展的核心机进行测试。他说，GE的发动机整机业已完成了超过75%，并将在2013年7月进行测试；到那时罗罗的发动机会完成90%，并按时间表在下一年的10月份进行测试。Reed 说：“PW公司交付了一个自适应风扇试验台(发展使用的大部分是公司自有的资金)给AFRL在2月/3月推动我们[就AETD]。”尽管PW失去了ADVENT的竞争，Meininger说AFRL能够拿出更多的资金来帮助PW改进已有的台架，加上第3气流到一个2级风扇上，将公司放到竞争AETD的捷径上。

　　至于罗罗公司，当它开始测试AFRL的HEETE项目的高压比压气机试验样机时，本周有一些安慰，该样机的目标是证明技术能够使未来亚声速运输机和无人飞行器上用的嵌入式发动机的SFC减少35%。GE也交付了HEETE压气机台给AFRL，预期明年进行测试。

　　HEETE项目下，计划在2016年进行高压核心机(压气机、燃烧室和涡轮)的演示实验，计划2019年进行高效涡轮发动机的测试。AFRL估计，35%的SFC减少将可增加运输机50%的航程及增加25%的有效载荷，情报、监视和侦察的无人机的盘旋时间翻一倍。

　　虽然无可用的资金，AFRL会乐于找到一个方法来保持罗罗公司在自适应发动机技术方面的工作。AFRL推进理事会首席工程师Jeff Stricker 说：“这3家公司的每一家都有自己独特的第3气流的结构概念。对于自适应风扇和随着2股主气流如何改变第3气流，他们有3个方案。”

　　Lewis说：“我们相信3气流就是适于下一代飞机的构造，我们当然乐于保留全部3个方案为我们所用。”

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