據美國《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証變循環戰斗機發動機合同。美國空軍希望這兩家公司繼續完善“自適應發動機技術開發”項目,通過大幅度提高發動機的燃燒效率、大幅度增加發動機推力和飛機航程,生產出第六代作戰飛機所需的發動機。
正當人們驚嘆第四代、第五代飛機及其發動機的卓越性能時,美國第六代發動機即將面世。
第六代發動機對於全面提升飛機性能具有裡程碑意義
長期以來,美國堅信先進武器裝備是戰爭勝負的“決定性”因素,因而十分注重先進軍事技術的研發。近年來, 由於俄羅斯等國大力開發第五代戰機和先進防空系統,美軍預測,到本世紀20年代中期,美國將會失去對俄羅斯的空戰優勢。
出於這種考慮,美國軍方下定決心:停止第五代戰機F-22的生產,把資金用於第六代戰機的研制。目的是使自己始終處於航空技術的最前沿,保持對潛在敵人的飛機代差,確保美國的空中優勢地位。
F-22戰機初期概念性研究始於上世紀80年代初,美國將這些概念變成行動能力用了20多年。這一歷史經驗使其認識到:隻有及早動手,才能擁有對潛在對手的絕對軍事優勢,讓對手不敢對美國發動戰爭。為此,美國需要另外一個20年來研制第六代戰機,並力爭使其在2028~2032年服役。
航空發動機是飛機的心臟。發展第六代戰斗機,迫切需要相應的發動機。為此,美軍早在2006年就開始了第六代發動機的論証工作。根據美國空軍研究實驗室的研制計劃,第六代發動機共分兩個階段進行技術研發。
第一階段開發“自適應通用發動機技術”(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斗機的動力裝置技術,該技術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,初步設計出發動機並進行關鍵部件試驗﹔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已基本完成,通用電氣公司已經完成自適應風扇技術的演示實驗工作,並進行了首台核心機的測試,發動機的核心機已實現變流量工作,並進行了技術驗証,2013年還將進行整機試車。
第二階段是“自適應發動機技術開發”(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年前進行環形燃燒室和高壓壓氣機裝置試驗,2016年進行自適應風扇和核心機驗証機試驗,並完成地面演示驗証,2017年進行整機地面試驗。
美軍認為,這兩個項目對於保持美國在發動機技術領域的優勢地位十分重要,其意義如同由渦輪噴氣發動機到渦輪風扇發動機的進步,對於全面提升飛機的性能具有裡程碑意義。
“三流道”技術實現原理突破
從原理上講,一台好的航空渦輪發動機,其性能主要取決於兩大方面: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生很高的壓力。提高溫度就是提高渦輪前溫度,使燃燒室裡溫度增高。從當今航空發動機的情況看,如果沒有發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。
美國預研的第六代發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動機。這類發動機運用了自適應通用發動機技術等新的技術方案和原理。
另一種是以普惠公司為代表的改進型發動機,這類發動機是在已有發動機的基礎上改進而成的。例如,普惠公司研制的PW9000第六代發動機,就是在F135和“靜潔動力”PW1000齒輪傳動發動機基礎上發展而來的。
但無論是哪種類型的發動機,都運用了變循環發動機的自適應風扇技術等關鍵技術,並且都研制了全新的高壓核心機。
第六代發動機在技術原理上最重大的突破就是“三流道”技術。該技術全稱是:變前端可旁通“三流道”架構技術。傳統渦扇發動機擁有核心機和涵道兩種氣流形式,第六代發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風扇產生,關閉外流道,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,可極大改進發動機的熱管理及進氣道壓力恢復能力,減小發動機內的氣流阻力,提高氣動效率,從而減小安裝阻力,增大發動機的功率,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。