美下一代战机的不确定性让变循环发动机命运悬而未决

科技   2024-09-11 17:50   北京  
据aviationweek网站9月9日报道,经过数十年的发展和数十亿美元的投资,美国自适应军用发动机技术的命运悬而未决,因为美国空军正在重新考虑其预定的首次应用——下一代空中优势(NGAD)平台的需求。
与传统的固定循环设计相比,自适应发动机在性能上实现了重大飞跃,能够在燃油效率和高推力设置之间自动切换,被誉为自涡扇发动机发明以来军事推进领域最大的变革者。自适应发动机通过不断改变影响推力和特定燃油消耗的主要推进参数——涵道比来实现这一目标。
在今年6月中旬之前,下一代空中优势计划以及为其提供动力的推进系统似乎正朝着在2030年末部署的方向稳步前进。但就在波音或洛克希德-马丁公司即将获得全面机身开发合同的几周内,美国空军领导人突然表示疑虑并按下了暂停键。
在重新考虑 NGAD 平台未公开的威胁和需求后,美国空军在7月底无限期搁置了合同授予计划。结果,美国空军正在并行开展的下一代自适应推进(NGAP)计划也充满了不确定性,该计划为GE公司的 XA102发动机和竞争对手普惠的 XA103发动机提供资金开发。

在 NGAD 的动荡中,空军部长弗兰克-肯德尔表示,问题部分在于 NGAP 发动机的成本和复杂性。他强烈建议发动机制造商研究更简单、更小的潜在替代方案。

与此同时,其他内部人士警告说,如果像 NGAD 和 NGAP 这样的计划停滞不前,美国在高性能军用发动机领域几乎无与伦比的地位可能会被削弱。

米切尔航空航天研究所执行主任道格拉斯-伯基标识:“在新一代的军用航空技术方面,美国空军正处于一个关键的转折点,维持现有设计与开发、部署和生产新技术不同。美国空军知道这一点,这就是为什么它投资于多个项目以追求新的发动机,这些发动机提供满足当前和未来任务需求所必需的增强性能、可靠性和效率属性。”

“然而,研发投资最终必须转化为批量生产才能取得切实成果,才能真正重新塑造作战能力。” 伯基继续说道。“太多的推进计划及其相关努力,如 NGAD,已经被取消或缩减。这是一个竞争激烈的领域,对手正在大力施压。美国空军、五角大楼和国会在考虑这些计划的未来时必须考虑到这一点。”

在XA100发动机上得到验证的技术

发动机制造商已经为两种推力需求开发并测试了可变循环发动机(VCE)—— 一种适用于洛克希德・马丁公司F-35战机45000 磅推力动力装置和一种用于 NGAD 的低推力变体 —— 并表示他们已准备好适应变化。

作为美国空军二十年来对自适应推进投资的主要推动力,GE公司强调了随着NGAD平台需求的演变,VCE三流道发动机技术的内在灵活性。GE国防与系统公司首席执行官艾米・高德尔表示:“我们和任何人一样渴望看到他们的选择方向,我们随时准备让政府确定其外形尺寸。”

尽管飞行平台层面存在不确定性,但高德尔断言,在美国空军确定 NGAD 平台的最终需求时,拥有两种不同尺寸的自适应涡扇发动机的产品组合具有优势。拥有两种选择重新定义了 “自适应” 一词,使其也适用于根据推力调整发动机尺寸。

她说:“GE公司的XA100发动机实际上是一个更大的发动机,但它肯定是可用的。XA102发动机的规模有所缩小。无论他们在需求上做出何种选择,我们相信我们拥有相关的技术。”

XA102和普惠的XA103发动机遵循了美国空军在2006年启动的60亿美元技术投资计划。这条路线最近在自适应发动机技术开发(AETD)计划下产生了45000磅推力的GE公司XA100和普惠XA101发动机。这两款发动机于2016年进入开发阶段,重新成为为F-35 提供动力的候选发动机。但美国空军最终决定升级现有的普惠F135发动机的核心机。GE公司在去年完成了XA100发动机的第四轮地面测试。

高德尔说:“我们正在达到第四代甚至可以说是第五代发动机的极限。你可以继续进行一些材料改进,但这种架构——能够像民用客机一样巡航,并且在没有飞行员干预的情况下,只需拉动油门就能像战斗机一样飞行——我认为这项技术最终将应用于解决方案中,理想情况下越快越好,以保持我们的不对称优势。”

总体而言,GE公司仍然保持乐观。“国防部需要先进的发动机能力,无论它们为哪些平台提供动力,我们正在这方面努力,” GE公司在一份声明中表示。“我们继续看到众议院和参议院两党对自适应循环发动机的开发和测试给予支持,以确保我们能够保持美国的空中优势。”

普惠在第一季度与美国空军完成了XA103发动机的关键设计审查,并在等待政府指示的同时考虑各种选择。“我们目前有500多人在从事 NGAP 项目,” 普惠军用发动机总裁吉尔・阿尔贝泰利说。“我们将根据客户的需求时间表全力支持。所以在这个时候,我们将继续推进这个项目,直到我们得到不同的指示。”

关于正在进行的美国空军审议中可能出现的新发动机设计,阿尔贝泰利说:“就形状和尺寸而言,我们总是根据需求来确定。我们正在按照我们目前的需求进行工作,我们将拭目以待是否会有变化,并且我们将相应地适应变化。”

她说:“普惠正在与美国空军密切合作,确定他们从硬件角度想要做什么,” 她提到了测试资产的处置,如 XA101发动机。“但我们拥有所有这些知识和经验,并且完全实现了该项目的目标,说实话,这非常了不起。”

通过NGAP项目获得的一些技术进步 —— 特别是在热端技术方面,如材料、涂层、冷却和全系统热管理 —— 也可以转移到 F135 发动机核心升级(ECU)计划中。“一些技术将直接应用于 ECU项目中,其余的将应用于 NGAP,用于我们的第六代推进系统。” 阿尔贝泰利说。“多年来,许多专家一直在致力于这些技术的开发。在我们进行 NGAP 项目的过程中,这些专家能够将当前项目的成功经验转移到其他领域。”

阿尔贝泰利强调的一个关键要素是 NGAP 对先进数字工具的使用。“我们每天都在展示它,” 她说。“它可能肯定用于设计,但对于第六代发动机,它应该能够帮助你确定你的测试重点。作为一名前工程师,从设计的角度来看,有些事情你可以做得更快。所以这在整个方法中非常关键。我们从美国空军那里得到了非常积极的反馈,关于我们如何参与并真正在整个过程中使用数字建模。”

来源 | 两机动力控制

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