第六代航空发动机 :用于F-35战斗机的发动机

更新时间:2024-09-21 04:38

第六代航空发动机是由美国空军最近与两家主要中国航空发动机集团研制厂商签署合同,将在2021年前启动的代号为“自我调整发动机转换项目”的第六代战斗机发动机预研。

简介

第六代航空发动机是由美国空军最近与两家主要航发研制厂商签署合同,将在2021年前向它们各自投资10亿美元,启动代号为“自我调整发动机转换项目”的第六代战斗机发动机预研。据称新型发动机推力将比现有发动机增加10%,节油25%,将可能用于美国军队新型制空战斗机或改装F-35战斗机

通用电气的方案可能是基于其早年研制的F136发动机,该型发动机就具有类似AETP要求的变回圈功能,但由于技术难度太高,价格太贵,被否决作为F-35的动力

据报导,美国空军与通用电气航空发动机公司和普拉特·惠特尼公司各自签署了合同,要求他们开展专案预研工作。两家公司的合同价值都是10.1亿美元,要求2021年前结项。

新的发动机专案代号“自我调整发动机转换专案”(AETP),按照美国空军的描述,其要求是在发动机内引入“第三股气流”,专案目标是“演示提高燃油效率25%,推力增加10%,以及提高热管理效果的能力”

预计AETP将成为美国空军提出下一代制空战斗机相关需求和性能要求的基础。此外,AETP专案的相关发展成果可能也将用于改善F135涡轮扇发动机(F-35战斗机的发动机)的设计,该发动机由普拉特·惠特尼公司生产。

俄罗斯在航空航天新材料和新工艺领域的研究成果举世瞩目,这主要归功于俄罗斯科学院和各专业部门有关研究院所的共同努力,尤其全俄航空材料研究所(国家科学中心)在该领域做出的突出贡献。这些科研单位就铝合金、钦合金、陶瓷材料和各种复合材料等展开了卓有成效的合作研究,取得了大批具有国际水平的研究成果,不仅丰富了当代材料学,而且对未来航空航天新材料和新工艺的发展创造了条件。

2000年中国国航发动机展览会在莫斯科举行,全俄航空材料研究所所长在该展览会上就第六代航空发动机新材料和新工艺发展趋势发表了以下看法:

新材料和新工艺对开发新一代燃气涡轮发动机至关重要,目前世界正在开发第六代航空发动机,需要围绕结构设计、工艺和材料解决一系列重大问题,其中开发适应各种复杂环境和恶劣条件的新型航空材料更为迫切。未来的航空材料必须首先全面具备耐高温、耐高压和抗腐蚀等特性。

第六代飞机发动机牵引力与其自身重量的比例关系应当达到20: 1。作为比较,第四代飞机发动机该指标为8: 1(1970一1975年),目前正运行的第五代飞机发动机为10: 1(1985一2000年)。为达到上述指标,必须将进入透平的气体温度提高300一400`C,发动机设计寿命增加1/2~2/3。解决该问题的办法是通过研制耐火合金材料和开发诸如类金属化合物和金属复合材料等新材料来实现,其中包括采用原理崭新的工艺制造单晶式发动机叶片,实现渗透式冷却过程。

内容

航空航天发动机作为新时代科学技术极具特色的创造之一,以她为代表的先进生产力的出现改变了以往人民生活以及战争形态,极大的提高了人们的生活水平。航空航天发动机是典型的军民两用产品,可以广泛的应用在运输、巡逻、旅游、救护、通信、拍摄等多个领域。

美俄欧把发动机产业作为战略产业,国家大力支持,产品不断更新,技术不断提高。组建中国航空发动机集团、发展航空发动机技术不仅是因为强烈的国家战略需求,而且还因为航空发动机本身具有重要的战略价值,能够在航发领域实现富国强军战略目标的高度统一。

一方面,航空发动机技术的辐射带动效应明显。航空发动机研制生产涉及机械、材料、电子、信息等诸多行业,对科技进步、经济发展具有巨大带动作用和产业辐射效应。经济专家表示:“美国的民用飞机销售额每增加1%,美国的国民经济生产总值增加0.744%。”虽然并非发动机直接拉动产生的经济价值,但作为飞机的核心部件,上述数据具有参考价值。据统计,按照产品单位重量创造的价值计算,如果以船舶为基准数1,那么汽车为9、电视机为50、大型喷气飞机为800,而航空发动机则高达1400,经济价值十分突出。

另一方面,航空发动机技术的军民通用性较强。航空发动机技术具有鲜明的军民两用特性,不仅表现在军、民用航空发动机在大部分技术上互通互联,而且预警机、加油机、反潜巡逻机等军用特种战机的最优改装平台始终都是民航飞机而不是军用大型运输机,例如改装自波音707的美国E-3预警机无论在航程、性能上都优于改装自伊尔-76运输机俄罗斯A-50预警机。可以预见的是,中国航空发动机集团技术的突破将带来国防安全指数的显著提升。

另外,航空发动机的研制成功能够显著提升国际地位。由于研制难度太大,世界上真正具备独立设计生产航发的国家只有英美俄,以售卖航空发动机的方式控制别国航空体系进而延伸本国政治影响力的手段已成为战略力量投射的重要途径。美国通过售卖武器使购买国在国防建设上对其产生依赖,进而在该国甚至该地区增强影响力就是最好的例子。对于我国来说,打破垄断,重塑中国国航产业格局是当务之急。

显然,航空发动机虽不输出火力,但却是具备战略威慑和战略投射能力的另类战略武器

航空发动机被称为战机的“心脏”。发展战机,必须同步发展相应的发动机,因此航空发动机的划代也基本与战机划代同步。目前美、俄等国在发展第六代战机的同时已经着手研发第六代航空发动机。与国际上对战机的代际划分有着相对一致的标准不同,航空发动机的代际区分并没有公认标准,那么航空发动机是如何划代的?

燃气涡轮航空发动机以涡轮喷气发动机为起点,开启了航空发动机的喷气时代。随着技术的发展和进步,涡轮喷气发动机衍生出涡轮风扇发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮轴发动机桨扇发动机等。其中涡轮风扇发动机(简称涡轮风扇发动机)在军用战斗机配置的发动机领域内占主导地位。

涡扇发动机的特征参数有推力、耗油率、涵道比和推重比等,其中推重比为发动机推力和重量的比值,被作为军用涡扇发动机技术划代的标准。

关于战斗机的划代,目前有“四代”和“五代十国”两种方法。“四代”法以世界上第一批实用的超声速战斗机(典型机型是美国的F-100和苏联米格-19战斗机)为第一代,即“超声速战斗机”划代法,也是除俄罗斯以外各国普遍采用的划代法。俄罗斯把战斗机划为“五代”,区别在于把“四代”法中的第二代分成了两代,即把变后掠翼战斗机米格-23战斗机单独列为一代。

不过在2006年,洛克希德·马丁公司又提出“新五代”的概念,后经美国军事史专家、航空航天博物馆前馆长沃尔特·博伊恩的系统阐述(2008年发表于美国《空军》杂志),成为一种新划代法。这种划代法把最早出现的喷气式战斗机列为第一代,把高亚声速后掠翼战斗机列为第二代,把低超声速战斗机和Ma2一级的战斗机都列入第三代。这种划代法可以说是“喷气式战斗机”划代法。

因此,从2008年以来,美、俄都采用了“五代十国说”。形式上,美国和西方向俄罗斯“五代说”趋同,实际上各自的划代仍有较大差异。差异主要出现在对早期机型的“代”的认定上,而对现役先进机型的“代”的认定基本一致。

我国目前在正式场合和官方文件中,继续使用“四代说”。但在科技界和媒体上,已经越来越多地使用“五代说”,特别是在描述当今先进机型和未来更新一代时,频繁出现第五代,第六代的字眼。

下面先简要介绍下欧美的“五代”划分方法:

军用涡扇发动机的涵道比较小,第一代航空发动机出现在20世纪50年代,以英国的康维发动机、美国的JT3D发动机为代表,推重比在2左右;

第二代航空发动机出现在20世纪60年代,以英国的斯贝MK202和美国的TF30发动机为代表,推重比在5左右。

第三代航空发动机出现在20世纪70~80年代,以美国的F100、F110、F404,欧洲的RBl99、M88-3,苏联rd-33和AL-31F发动机为代表,推重比在8左右。其中美国的F100装备了F-15战斗机,F110装备了F-16战斗机,F404装备了F-18战斗机,RBl99装备了狂风战斗机,苏联的RD---33装备了米格29战斗机,AL-31F装备了苏-27战斗机

20世纪90年代出现的第四代航空发动机是以美国的F119和欧洲的EJ200发动机为代表,推重比在10以上,其中F119装备了F-22战斗机,EJ200装备了“台风”战斗机。

到了21世纪初,第五代航空发动机出现,以美国的F135涡轮扇发动机和英、美联合研制的F136发动机为代表,推重比为12~13,其中F135发动机装备在F-35 战斗机上。2010年以后,依靠其强大的技术研发能力,美国已经开展第六代航空发动机的研发,预计推重比将达到20以上,目前已取得了阶段性成果,而第七代航空发动机也已经开始预研。中国发动机研制是生产一代、研制一代、预研一代、探索一代。中国发动机研制的技术目标时间表已经排到了2030年。

参考资料

俄第六代航空发动机新材料和新工艺.知网.2016-12-04

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