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綜合高性能渦輪發動機70年代開始,這老的項目與F35竟有關係

綜合高性能渦輪發動機70年代開始,這老的項目與F35竟有關係

美國空軍非常重視科學技術研發(S&T)以發動機設計為例,美國空軍投資2.136億美元,啟動新一輪「自適應發動機技術研發(AETD)」項目,目標是為下一代航空發動機奠定基礎,用以替代當前普遍使用的固定循環發動機,從而達成燃料保障方面的節能目標。

美國空軍使用的F100-PW-100發動機

美國空軍在實踐中發現,研發發動機比設計飛機獲利更多,隨之啟動了一系列長期引擎技術研發項目,這就為落實能源建設目標奠定了堅實的科技基礎。早在1960年代,美國空軍的「先進渦輪引擎氣體發生器(ATEGG)」研發計劃就在材料、風扇、壓縮機、引擎工作模擬環境等分支技術領域全面開花,為美軍培養了強大的發動機技術團隊,以美國空軍系統司令部(AFSC)推進系統委員會為代表的專門機構,支撐起美軍未來的軍用航空發動機研發,國內主要發動機製造商也在美軍的統籌管理之下開展業務。

美國空軍對F100-PW-100發動機進行測試

1974年,美國通用電氣公司(GE)與法國斯奈克瑪(Snecma)公司合資生產的CFM56系列發動機就直接在F101基礎上發展而來,截止2011年,聯合投資公司已經向全世界客戶生產交付了22208台CFM56系列發動機,技術轉化也帶來了巨大收益。通用電氣公司的F110發動機與普拉特·惠特尼公司F100發動機競爭,用於新生產的F-15和F-16戰鬥機。經過一系列高空模擬試驗、加速任務試驗和各種環境試驗,F110發動機於1985年初定型投產並開始交付。截止1994年,F110共獲訂貨1065台,在1000多架F-16C/D戰鬥機中佔有率達到75%。F118-GE-101是F110的不加力型,1987年定型,並應用於B-2轟炸機,於1989年完成首飛。隨後U2-R偵察機也使用了F118發動機。美軍現在使用的高速發動機是90年代初引進,當時美軍為F-22戰鬥機選擇了普拉特·惠特尼公司的F119引擎,F-35聯合攻擊機使用的F135發動機也是在60年代初就開始研發的F119基礎上發展而來,一款發動機使用了50年。

F-22A戰鬥機

1970年代,普拉特·惠特尼公司開始為F-22研發超音速發動機,1997年完成了F-22的首飛。隨後的「綜合高性能渦輪發動機技術(IHPTET)」計劃,雄心勃勃地制定了成倍提高推力重量比(單位推進系統重量所能產生的推力,含推進劑重量)的目標。F-35聯合攻擊機(JAST)項目從1987年開始,2005年最終安裝了IHPTET發動機,美國空軍最終從中獲益。

美國空軍對F100-PW-100發動機進行風洞測試

五角大樓2016財年的研究、發展、驗證和評估項目(RDT&E)預算也為美國空軍發動機研發注入了足夠資金,研發重點除了繼續開展軍民通用發動機新產品的基礎研究,還要突出節約燃料等新技術。「多用途經濟可承受的先進渦輪發動機計劃(VAATE)」是其中最主要的一項,從4馬赫導彈推進器到改進直升機發動機,都為「自適應多用途發動機技術(ADVENT)」項目奠定了堅實的基礎。通用公司和勞斯萊斯北美科技公司(RRNAT)得到了ADVENT的研發合同,普拉特·惠特尼公司積極從事F119和F135引擎的研發。

通用正在發展advent可變循環發動機

節能高效的自適應發動機可以改變飛機的通風壓力比,飛行員可以採用節油巡邏飛行模式,也可高速或超音速飛行,工作原理其實比較簡單:一般發動機都是專門為遠程巡航或高速飛行設計,客機和高速軍用運輸機發動機使用高涵道流量比,高涵道流量比由於可以在發動機周圍流過更多的空氣,氣流很少通過中心,可以提高熱效率,獲得更低的油耗。低涵道流量比正好相反,擠壓更多的空氣通過中心,產生更大的推力,適合戰鬥機進行超音速飛行。

美國空軍第821快反大隊C-130運輸機

當發動進氣口打開增加涵道比,渦扇由於外涵道的氣流降低了噴氣的溫度和速度,提高了燃料燃燒的熱效率,產生更大的推力和獲得更低的油耗,對於起飛、巡航、待機和亞音速加速尤其有利。當進氣口關閉后,更多空氣渦噴進入中心,可以獲得更大的有效推力,對超音速飛行就比較有利。理想的戰鬥機發動機應該在低速時體現渦扇的特性,在超音速時體現渦噴的特性,這就是所謂的自適應。YF120正是第一台實現了這種設計理念的戰鬥機發動機,美國空軍已經開始對YF120樣機進行試驗。

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