美制航空六代發(fā)動(dòng)機(jī)

美研第6代發(fā)動(dòng)機(jī)確保打贏未來之戰(zhàn)據(jù)美國《航宇日?qǐng)?bào)》11月2日?qǐng)?bào)道，美國通用電氣和普惠公司獲得了價(jià)值超過6.8億美元的演示驗(yàn)證變循環(huán)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)技術(shù)開發(fā)”項(xiàng)目，通過大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率、大幅度增加發(fā)動(dòng)機(jī)推力和飛機(jī)航程，生產(chǎn)出第六代作戰(zhàn)飛機(jī)所需的發(fā)動(dòng)機(jī)。正當(dāng)人們驚嘆第四代、第五代飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)的卓越性能時(shí)，美國第六代發(fā)動(dòng)機(jī)即將面世。第六代發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于全面提升飛機(jī)性能具有里程碑意義長期以來，美國堅(jiān)信先進(jìn)武器裝備是戰(zhàn)爭勝負(fù)的“決定性”因素，因而十分注重先進(jìn)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(jī)和先進(jìn)防空系統(tǒng)，美軍預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)20年代中期，美國將會(huì)失去對(duì)俄羅斯的空戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。出于這種考慮，美國軍方下定決心：停止第五代戰(zhàn)機(jī)F-22的生產(chǎn)，把資金用于第六代戰(zhàn)機(jī)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(duì)潛在敵人的飛機(jī)代差，確保美國的空中優(yōu)勢(shì)地位。F-22戰(zhàn)機(jī)初期概念性研究始于上世紀(jì)80年代初，美國將這些概念變成行動(dòng)能力用了20多年。這一歷史經(jīng)驗(yàn)使其認(rèn)識(shí)到：只有及早動(dòng)手，才能擁有對(duì)潛在對(duì)手的絕對(duì)軍事優(yōu)勢(shì)，讓對(duì)于不敢對(duì)美國發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭。為此，美國需要另外一個(gè)20年來研制第六代戰(zhàn)機(jī)，并力爭使其在2028~2032年服役。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟。發(fā)展第六代戰(zhàn)斗機(jī)，迫切需要相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。為此，美軍早在2006年就開始了第六代發(fā)動(dòng)機(jī)的論證工作。根據(jù)美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的研制計(jì)劃，第六代發(fā)動(dòng)機(jī)共分兩個(gè)階段進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。第一階段開發(fā)“自適應(yīng)通用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”(ADVENT)項(xiàng)目。由羅爾斯?羅伊斯公司和通用電氣公司承擔(dān)，共耗資5.24億美元，目的是演示第六代戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)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(jī)提供動(dòng)力。這個(gè)項(xiàng)目分兩步進(jìn)行：第一步，在2007~2008年，進(jìn)行為期一年的概念探索研究，初步設(shè)計(jì)出發(fā)動(dòng)機(jī)并進(jìn)行關(guān)鍵部件試驗(yàn)；第二步，從2009年9月開始，進(jìn)行為期3年的研制。要在風(fēng)扇、壓氣機(jī)和渦輪等核心部件上取得重大突破。目前，第一階段的項(xiàng)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(fēng)扇技術(shù)的演示實(shí)驗(yàn)工作，并進(jìn)行了首臺(tái)核心機(jī)的測(cè)試，發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)已實(shí)現(xiàn)變流量工作，并進(jìn)行了技術(shù)驗(yàn)證，2013年還將進(jìn)行整機(jī)試車。第二階段是“自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)開發(fā)”（AETD）項(xiàng)目。由通用電氣公司和普惠公司承擔(dān)，重點(diǎn)是為超聲速戰(zhàn)斗機(jī)提供動(dòng)力。該項(xiàng)目從2013年開始，為期4年，計(jì)劃2015年前進(jìn)行環(huán)形燃燒室和高壓壓氣機(jī)裝置試驗(yàn)，2016年進(jìn)行自適應(yīng)風(fēng)扇和核心機(jī)驗(yàn)證機(jī)試驗(yàn)，并完成地面演示驗(yàn)證，2017年進(jìn)行整機(jī)地面試驗(yàn)。美軍認(rèn)為，這兩個(gè)項(xiàng)目對(duì)于保持美國在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位十分重要，其意義如同由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)到渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步，對(duì)于全面提升飛機(jī)的性能具有里程碑意義?！叭鞯馈奔夹g(shù)實(shí)現(xiàn)原理突破從原理上講，一臺(tái)好的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，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(jī)的壓力，使壓縮機(jī)進(jìn)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(dāng)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)的情況看，如果沒有發(fā)動(dòng)機(jī)原理方面的重大突破，這兩個(gè)指標(biāo)再向上提的空間都不大。美國預(yù)研的第六代發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)。這類發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)用了自適應(yīng)通用發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī)，這類發(fā)動(dòng)機(jī)是在已有發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。例如，普惠公司研制的PW9000第六代發(fā)動(dòng)機(jī)，就是在F135和“靜潔動(dòng)力”PW1000齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。但無論是哪種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，都運(yùn)用了變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)風(fēng)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(jī)。第六代發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)擁有核心機(jī)和涵道兩種氣流形式，第六代發(fā)動(dòng)機(jī)則有了第三個(gè)外流道。該外流道的第三股氣流由自適應(yīng)風(fēng)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(shí)的燃油消耗率。此外，有了外流道，可極大改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管理及進(jìn)氣道壓力恢復(fù)能力，減小發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣流阻力，提高氣動(dòng)效率，從而減小安裝阻力，增大發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，這不僅能使飛機(jī)達(dá)到6馬赫的高速度，還可為飛機(jī)提供額外的冷卻空氣。五大特點(diǎn)展現(xiàn)第六代發(fā)動(dòng)機(jī)美好前景第六代發(fā)動(dòng)機(jī)是比目前發(fā)動(dòng)機(jī)更優(yōu)越的新一代噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，與前五代發(fā)動(dòng)機(jī)相比，第六代發(fā)動(dòng)機(jī)將呈現(xiàn)出以下五大突出特點(diǎn)：一是耗油少、效率高。第六代發(fā)動(dòng)機(jī)具有更優(yōu)的結(jié)構(gòu)、更高的進(jìn)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(dòng)機(jī)（F-35戰(zhàn)斗機(jī)配裝的F135發(fā)動(dòng)機(jī)）提高25%，因此，耗油率比第五代戰(zhàn)機(jī)降低25%。耗油率的降低，可大大增加飛機(jī)的續(xù)航時(shí)間、待機(jī)時(shí)間，它可使亞音速飛機(jī)航程增加30%，待機(jī)時(shí)間增加70%；使超音速飛機(jī)航程增加40%，待機(jī)時(shí)間增加80%。由于使用變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，當(dāng)飛機(jī)亞音速巡航時(shí)采用高旁路渦扇模式，超音速巡航時(shí)則采用渦噴模式，從而拓寬了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作范圍，提高了不同飛行狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，使第六代飛機(jī)既能亞聲速巡航飛行，又能進(jìn)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(dòng)機(jī)相比，第六代發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)一步提高飛機(jī)的飛行速度和高速?zèng)_刺能力，使第六代飛機(jī)在不開加力的條件下保持超音速巡航飛行，并縮短了飛機(jī)起降距離。第六代發(fā)動(dòng)機(jī)中，新材料的貢獻(xiàn)率將達(dá)到50%以上?！安牧舷刃小币殉蔀楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)研制的客觀規(guī)律，第六代發(fā)動(dòng)機(jī)將采取新材料技術(shù)，綜合運(yùn)用單品材料、熱強(qiáng)鈦合金、熱強(qiáng)竦合金、耐火合金材料、特種合金材料、抗腐蝕保護(hù)層等大量新材料，使發(fā)動(dòng)機(jī)的重量大大減輕，其推重比可達(dá)到15?20，而目前最先進(jìn)飛機(jī)的推重比僅為10。三是兼容性強(qiáng)、成本低。第六代發(fā)動(dòng)機(jī)采用自適應(yīng)通用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和高效嵌入式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，利用一種核心發(fā)動(dòng)機(jī)或基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)可衍生出系列發(fā)動(dòng)機(jī)，以滿足不同任務(wù)飛機(jī)的需求，因而擴(kuò)大了發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)能夠滿足未來全譜系空中平臺(tái)能力的需要，既可裝配在空軍第六代飛機(jī)上，也可裝配在海軍F/A-XX第六代超音速戰(zhàn)斗機(jī)上，還可以供無人轟炸機(jī)使用。而且，第五代F-35、F-22等戰(zhàn)機(jī)只需經(jīng)過稍許改裝就能換裝第六代發(fā)動(dòng)機(jī)。由于通用性強(qiáng)，第六代發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)可承受性將大大改善，其研發(fā)成本和裝備價(jià)格將大大降低，性價(jià)比也隨之提高。據(jù)美軍預(yù)測(cè)，第六代發(fā)動(dòng)機(jī)的性價(jià)比將是2000年基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)的10倍。四是零件少、用途多。當(dāng)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)易出故障且維修困難。第六代發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用了變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)等新技術(shù)、新原理，能夠充分利用沖壓效果，使發(fā)動(dòng)機(jī)零件減少70%，可大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝阻力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和維修性。第六代發(fā)動(dòng)機(jī)除用于提供動(dòng)力外，還可用于飛機(jī)的方向控制。以戰(zhàn)斗機(jī)的垂尾為例，垂尾是保證飛行和起降時(shí)飛機(jī)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(mèng)。第六代發(fā)動(dòng)機(jī)利用發(fā)動(dòng)機(jī)的推力矢量、氣動(dòng)控制面和壓氣機(jī)引氣方式等實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的方向控制，使第六代飛機(jī)成為沒有垂尾的戰(zhàn)斗機(jī)。加之發(fā)動(dòng)機(jī)的排放溫度低，不僅提高了飛機(jī)的可靠性，還提高了飛機(jī)的隱身性能，使第