未来六代机的动力——自适应变循环发动机
针对下一代战斗机用自适应发动机的研发,国际上目前已形成美国、法国/德国/西班牙联合团队、英国/日本/意大利联合团队、俄罗斯、中国等5个团队,其中美国处于绝对领先发展的地位,已进入详细设计阶段。同时,俄罗斯AL-51F-1发动机将于2024年配装苏-57战斗机交付空天军。
● 美国NGAP已进入详细设计阶段
2023年5月,美空军招标文件明确指出计划2024年正式授出工程和制造发展(EMD)合同,标志着美国空军正式启动了NGAD平台的工程研制方案征集与选择流程。NGAD平台计划取代F-22,兼具对空和对地攻击能力,将增强杀伤力、远航久航能力、战场生存力、装备互用性和环境适应性,从而满足强对抗作战环境需要,将于2030年投入使用,并计划采购200架。NGAD平台的配套动力研发项目为下一代自适应推进(NGAP),NGAP发动机将在自适应发动机转化(AETP)项目的技术基础上研发,由GE和PW竞争研发,2023年GE公司预研方案XA100自适应发动机进行了第三阶段试验,PW公司的正式方案完成了数字初始设计评审(PDR),在2024年均进入了详细设计方案。
● 法国/德国/西班牙联合团队的动力已形成两个方案欧洲未来空中作战系统(FCAS)项目由法国、德国和西班牙合作。FCAS包括下一代战斗机(NGF)、下一代欧洲战斗机发动机(NEFE)等5个组成部分。NGF预计将是一种大型双发隐身多用途战斗机,约30t,能够从航母上起飞。NGF计划将在2029年进入工程研制阶段,2040年服役。NEFE由欧美特公司(赛峰集团和MTU公司各占50%的股份)作为主承包商,西班牙ITP Aero公司参与研究。赛峰集团负责整体设计集成、热端部件和控制系统开发,MTU公司负责冷端部件,并提供维护、修理和大修(MRO)服务,ITP Aero公司负责开发低压涡轮和喷管等工作。发动机推力约为120kN,涡轮前温度可达2100K,计划在2024—2026年做出正式研发决策。2023年11月,欧美特公司提出两种NEFE方案:一种是常规涡扇发动机,另一种是自适应发动机,自适应方案具有更大优势并有望成为NGF的最终选择,常规涡扇方案可作为低研发风险的备选方案。
● 英国/日本/意大利联合团队的下一代战斗机动力持续推进
2022年12月,英国、日本和意大利宣布共同研发下一代战斗机项目GCAP。GCAP计划于2027年首飞,2035年服役。GCAP飞行验证机由2台EJ200发动机提供动力,正式发动机将由英国罗罗公司、日本石川岛播磨重工(IHI)和意大利Avio公司合作研发,在2026年做出有关进入完整开发计划的关键决定。新发动机将比现役发动机产生更多的电力,以支持飞机能够使用激光和其他定向能武器,采用自适应技术,并测试采用新的数字设计工具和新的制造技术以加快研发速度。● 俄罗斯为下一代战斗机研发自适应发动机
俄罗斯留里卡设计局正在为下一代战斗机研发自适应发动机“产品333”,将采用高性能材料,如先进陶瓷、复杂的电气系统以及新型的三涵道结构。第三涵道在需要高推力时关闭,巡航时打开,旨在节流模式下减少高达5%的燃油消耗,极大地提高了不同飞行模式下的燃油效率,同时增加了散热能力,这对于下一代战斗机开发的电子战系统和激光武器至关重要。留里卡设计局表示,该型发动机可能要到2035年才能生产出来。美国的自适应循环发动机大量使用了聚合物基复合材料(PMC)和陶瓷基复合材料(CMC)。PMC的密度约为钛合金的40%,近年来已在民用发动机的风扇叶片、机匣等冷端部件制造中广泛使用,具有较高的技术成熟度。CMC的密度约为镍基合金的33%,可以在1600K的温度下工作,比镍基合金的工作温度高了500K。2014年,以CMC为基础,通用电气公司将自适应循环发动机核心机的高压涡轮进口总温相比空军研究实验室的目标温度提高了72K以上,创下了当时航空发动机技术发展史上最高的压气机和涡轮组合温度纪录。普-惠公司也热衷于借助CMC提高其自适应循环发动机的性能,并计划引入超高温CMC,使涡轮进口温度增高到2700K。复合材料的大量应用,有效降低了发动机的结构重量,而增材制造技术的普及则让发动机部件数量和加工周期大大减少,减少了紧固件数量的同时也大大提升了系统可靠性。据统计,通用电气公司的XA100自适应循环发动机上占10%的部件使用增材制造技术生产,其中包括内部结构十分复杂的换热器和燃油喷嘴。通过借鉴与移植成熟的商用发动机技术与先进制造技术,美国的自适应循环发动机已具备转入低风险工程与制造发展(EMD)阶段的条件,为美军计划在2030年前后开展的“六代机”研制打好了动力基础。同时,新一代自适应循环发动机高速度、高效率的特性,以及大量移植商用发动机成熟技术的特点,将使超声速客机再次回到洲际飞行的可选交通工具清单中,这次的回归将更安全、更低价、更环保。
评论 (0人参与)
最新评论