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| 2013/05/25 16:40:14瀏覽1309｜回應1｜推薦0 | |
 近日，據美國《航空周刊》報道：普惠公司正在準備測試美國空軍自適應發動機技術（AETD）發展項目的第一個重點開發的硬體，AETD項目瞄準的是第六代戰鬥機發動機的基礎技術。（小圖為AETD五代發動機核心機驗證機，大圖為典型的第五代發動機和進氣道結構） AETD打算發展和當前第五代戰鬥機所用發動機擁有同等性能的變迴圈發動機，但燃料消耗要低30%。這一點通過引入了第3股氣流實現，以應對不同的任務階段，根本上改進了迴圈參數，改善了總效率。 普惠的AETD工作“將在2015年的核心機測試和2016年的全尺寸發動機達到頂點”，Crosswell稱。公司正利用一台F135作為其技術的測試平臺。他補充説明：“高壓壓氣機在核心機上運轉，自適應風扇用全尺寸發動機測試。自適應風扇試驗臺比F135的大很多，但只比AETD的稍大些。進氣道比我們的發動機有更大的流量能力。”Crosswell稱：“此風扇試驗臺的主要目的是展示我們如何使用第3股氣流。 有分析指出，如果美軍加快第五代航空發動機的研製，三年後造出第五代航空發動機的機會很大，如果一切屬實，那麼美國將在其他國家還未研製完成大推力第四代航空發動機的情況下，提前進入五代航發時代，其意義非同小可，目前我國第四代發動機仍然處於試製階段，據外國媒體報道，這種被稱為渦扇-15的第四代發動機的總體技術水準大致相當於美軍F-119發動機，而F-119發動機是F-22戰鬥機的動力源。種種跡象表明，我國必須加快下一代自適應變迴圈發動機的研製，不能讓中美差距繼續拉大，一些分析人士不無憂心地説：“再等，就要落後40年了”。  看點一：美國發展五代航空發動機思路有所改變 過去美國搞第五代航空發動機主要追求大推比，也就是説研製精力主要集中在怎樣提高發動機推力效率上，曾經一度要求五代發動機推力比應該達到15一級。但最新的消息顯示，美國正在逐漸調整發動機研製思路，將精力主要集中在提高發動機燃油效率，普惠公司承諾要實現“減少30%耗油，以及更好的速度高度適應性”就是這一體現。 普惠公司在2011年4月9日完成了第一個重要的AETD里程碑，當時滿足了美國空軍研究實驗室（AFRL）項目辦公室對初始設計的審查。這一節點完成後，發動機製造商繼續進行AETD發動機的初步設計，並且計劃在2015年初對初步設計進行審查。 成功的變迴圈發動機必要的關鍵技術之一是風扇，它能夠在整個任務多種不同狀態下，調節和優化進入到核心機和外涵道的空氣流。這就是自適應風扇，這個部件將在今年中期，在俄亥俄州的萊特-帕得森空軍基地（WPAFB）的AFRL壓氣機研究設施（CRF）上進行，普惠軍用發動機總裁Bennett Croswell表示。 增加的流道還能夠為飛機系統提供額外的冷卻空氣；能更好地與進氣道和發動機氣流供求在整個飛行包線內相匹配以使得阻力最小。在AETD項目中，GE和普惠將設計能用於F-35的變迴圈發動機，該發動機與目前普惠的F135相比，凈推力增加5%，二次燃燒增加10%，耗油率降低25%。  看點二：新型發動機將改變戰鬥機和其他作戰飛機的氣動佈局 由於新一代自適應變迴圈發動機採用了新型進氣道設計，這種發動機進氣結構要求飛行器結構的橫面積更大，未來戰鬥機可能會更“扁”，未來戰鬥機的進氣道很有可能設在飛機脊背上。 在CRF的測試將會在本季度開始，直到夏天。這個自適應風扇試驗臺繼承于在CRF早期測試的風扇試驗臺，而在普惠的海平面測試設施上安裝著先進技術樣機發動機。普惠表示，這個風扇是改進所採用的和要演示的自適應技術的理想候選者。 在AFRL的成本分攤合同下，普惠已改進了這個風扇，以使其在高的壓比，相應的格鬥狀態架構下，具有自適應能力。對比2009年在CRF試驗的羅羅公司自由工廠的2級自適應風扇臺子，普惠表示這是第一個運轉的、軍用型的3級自適應風扇。 羅羅測試的是屬於自適應通用發動機技術（ADVENT）研究項目部分內容，是AETD的前輩。ADVENT項目選中了通用電氣（GE）和羅羅，但後來普惠在2012年擠掉了羅羅來完成AETD。其間在2月，在AFRL運轉了5個月後，GE完成了其ADVENT核心機的測試。全尺寸發動機測試計劃在年末進行，這標誌著項目的完成。 在2月8日，ADVENT核心機測試後2天，GE也完成了AETD初始設計審查里程碑。GE的初步設計審查計劃在2014年11月。 普惠在AETD上盡力贏得一席之地，因為空軍在研究F-35聯合打擊戰鬥機的F135發動機的遠期發動機選項。同時，這種可能性仍存在，AETD的第一焦點是要持續減少在2020年代後期和2030年代早期，作為第六代戰鬥機和其他打擊平臺的動力裝置的先進發動機的風險。美國海軍對於新型打擊飛行器在2028年服役，也有個大概的規劃，同期空軍的目標是2032年。  中美航空發動機技術的差距令人感到不安，80年代，當F-15戰鬥機已經開始安裝推重比達到8的F-110發動機，而同一時期的中國還在落後的渦噴發動機上苦苦掙扎，如今，即便我們在WS15發動機上取得了巨大成就，但是我們仍然與美國差距至少30年。中國渦扇-10“太行”渦扇發動機及其改進型的性能指標與美國普惠F100和通用電氣F110相當，這兩款發動機是目前美軍F-15和F-16戰機的動力裝置。“太行”家族據説還是殲11B的動力，可能最後取代俄制AL-31，成為殲10和殲15的動力。2010年11月有媒體報道，一款推力27 500磅（約125千牛）的渦扇10“太行”發動機已投入批生産，將用於裝備殲11B。儘管如此，仍然有證據表明中航工業在擴大渦扇-10量産過程中品質穩定性控制存在問題，造成發動機可靠性不足，致使中國戰機仍然嚴重依賴俄羅斯進口發動機。  美國空軍和工業部門自1987年開始進行“綜合高性能渦輪發動機技術”發展計劃，到2000年前後基本完成。為了保持技術發展，後繼計劃“通用經濟可承受先進渦輪發動機”計劃由美國空軍實驗室及其工業夥伴發起，2003年8月將三項綜合合同授予通用電氣公司、普惠公司和羅羅公司。該計劃的重點放在整個推進系統和經濟可承受性方面。鎖定的目標是使發動機的性價比在12年內提高10倍。 “自適應通用發動機技術”項目是通用經濟可承受先進渦輪發動機計劃中的典型項目。目標是發展在飛行包線內可以改變風扇、核心機流量和壓比，從而優化發動機性能的能力。這些自適應技術在發動機上的一種應用就是變迴圈發動機（VCE），它既可以滿足高速飛行的需要，也可以滿足低速待機長續航時間或遠端持久飛行和經濟性要求。  圖為F135發動機地面試驗。宏偉的IHPTET工程作為美國的下一代發動機藍圖，其引領美國的發動機工業完成從80年代到21世紀初的推重比從10到20的整體性飛躍，而這個是非常值得我們這個學習者去思考與回味的。 我們中國能從美國的成功經驗中獲取什麼呢？首先是高瞻遠矚的發展規劃：IHPTET和VAATE都是時間長達20年的三步走發展計劃，以現在人類的技術革新，準確把握20年後科技發展的脈搏，了解20年後下一代發動機技術的需求是非常困難的，這也反映了美國軍方和NASA的未雨綢繆和長遠目光，不斷地尋求突破也是美國之所以那麼強大的根本性原因。  圖為F119發動機的地面測試，F119發動機是F-22戰鬥機的動力來源，到目前為止，我們只能仰視它的偉大，而它僅僅只是美國上世紀90年代的産品。我們還需要看到的是，那些技術領先者在絲毫沒有放慢前進腳步的同時，又不斷以環保等堂而皇之的理由在我們前面設置障礙。 美國從上世紀50年代開始核心機預研計劃，至今已經發展出七代核心機，而F119的核心機僅僅是其中的第四代，其航空動力工業的技術潛力由此可見一斑。但美國政府從未放鬆過對航空發動機技術的控制，不僅對我國保持封鎖，甚至在某些核心技術上對其歐洲盟友也實行“禁運”。 與此同時，發達國家還在人力資源方面實行看不見的封鎖，不僅限制其他國家人員進入航空發動機核心研製領域，而且限制本國相關人才向國外轉移，以此來保持産業實力。  圖為我國自行研製的太行發動機，到目前為止，它仍然無法成為殲-10B單發戰鬥機的動力來源。著名航空動力專家劉大響院士曾撰文認為中國航空發動機研製較世界先進水準主要存在五點較大差距：1.基礎研究薄弱，技術儲備不足，試驗設施不健全；2.國家經濟相對落後，研製經費嚴重不足；3.對發動機的技術複雜性和研製規律認識不足；4.基本建設戰線過長、攤子過大、力量過散、低水準重復；5.管理模式相對落後，缺乏科學民主的決策機制和穩定、權威的中長期發展規劃。  圖為我國通過技術引進發展的秦嶺發動機。除了以上差距外，還存在以下問題：1.在航空發動機的發展歷程中，缺少像錢學森院士那樣學貫中西的大師級人物。回顧“兩彈一星”的研製歷程，大師級領軍人物所起的作用至關重要；2.雖然我國航空工業長期受俄羅斯的影響，但是並沒有很好地領會他們的設計理念。他們在經濟上並不富裕、研究人數相對較少的情況下，利用系統的觀念把複雜問題簡單化，將蘇聯各個生産或研發部門提供的性能並不算高的部件和材料，集成出主要性能突出、綜合技術水準較高的航空發動機；3.我國歷來重學術而輕技術，加上我國當前教育體制、模式的限制，使得航空發動機行業嚴重缺乏對機械産品悟性深刻的設計師和技術工人。航空發動機行業的一位廠長曾對筆者説：他發現一個兒童時代很少玩玩具的人很難成長為“心靈手巧”的技術工人。  圖為F-135發動機，它是F-35戰鬥機的主要動力。如果研究一下美國噴氣發動機和飛機發展史，可以發現新飛機和新發動機出現之間的相關性幾乎可以達到1。中國正在積極研發新型戰鬥機，這同時也要求研製全新的發動機作為動力。對於中國正在開發的第五代戰鬥機，俄羅斯自然不願意出口117S等先進航空發動機。低估中國國防工業系統的實力是不明智的。外界估計，中國將在2到3年內在批量製造高性能噴氣發動機方面取得突破，但對於製造可靠的頂級航空發動機，則還需要5到10年。一旦中國邁上這一台階，將會促成中國空軍和海軍航空兵的強勢崛起。目前中國需要重點監控的領域是設計能力、工裝設備、製造能力和系統運營與維護能力，這些問題將會影響國産發動機的性能及使用效能。  圖為競標失敗的F-120發動機。美國人認為中國的發動機發展差距巨大，主要是體制問題。比技術問題更難解決的，是體制問題。中國國防目前存在裝備來源單一的問題。中國國産軍用航空發動機完全由中航工業提供，該集團公司旗下的瀋陽、西安和貴州等發動機企業在某種程度上存在競爭，但競爭的積極效應並不明顯。如果存在適度競爭，那麼競爭壓力會促使企業生産具有創新技術且價格較低的産品，加快研製進度，提高售後服務的水準。 上世紀70年代末80年代初，針對當時美國空軍航空發動機領域普惠一家獨大的情況，美國政府決定促進通用電氣和普惠之間的合理競爭，此舉使得美國戰鬥機在設計過程中可以擁有兩家競爭企業提供的諸多動力選擇方案，成果顯著。中國目前的情況與美國不同，發動機領域宏觀的競爭不足，而在微觀問題的競爭又過多，這會造成局部利益交換和利益保護，進而造成重復工作，資源使用不當，延長研製和生産週期。中國需要決定其航空發動機行業的組織系統結構和運行方式，這樣才能從上層解決其結構和體制問題。  和美英等國軍用航空發動機工業相比，中國航空發動機工業在人員規模上仍顯不足，但已經超過了俄羅斯和法國的水準。黎明公司和西安航發這兩家中航工業最大的軍用發動機企業，人員總和接近20000人。與之相比，普惠、羅羅和通用電氣航空分部每家企業人員都超過了35000人。為了追求軍用航空發動機自給化，中國航空發動機工業可能在未來會擴大規模。俄羅斯UMPO目前總人員規模為15 000人，計劃在2010年生産109台AL-31和AL-41發動機。通用電氣航空分部每年大約能交付200台高性能渦扇發動機和總數800台軍用發動機和直升機用渦軸發動機。  獲得特殊的材料並正確地加工，對於製造航空發動機以及保證製造成本的競爭力，都極為重要。日本石川島播磨重工株式會社航空發動機工廠經理曾表示，航空發動機零部件成本的50%都來自材料本身。現代高性能航空發動機需要採用一些高強度、耐高溫材料，包括鈦、鎳、鋁、複合材料以及鎳基和鈷基超耐熱合金。中國在鈦、鎳和鈷等金屬的産量十分巨大，理論上，從資源供應量來看，對航空發動機産業構不成任何制約，但僅僅是理論上而已。中國航空發動機製造商面臨的材料制約並非是取得鎳、鈷和其他金屬等原材料，最為複雜的問題是製造或購買到能夠用於航空發動機的耐高溫合金材料。有分析認為，中國現在超耐熱合金還不能完全自給，據估計中國每年超耐熱合金的生産量約為10 000噸，而需求量則為20000噸。  批量生産的全過程品質控制對於保證量産噴氣發動機的可靠性尤為重要，圖為對民用燃氣輪機渦輪葉片實施等離子噴塗工藝。中國希望批量製造普惠F100同級別的發動機，並開發殲20這類第五代戰鬥機使用的高推力發動機，這些雄心在技術上和過程上都面臨著嚴峻的挑戰。在技術層面，中國發動機渦輪鍛造、渦輪盤粉末冶金、鈦合金空心件成型等問題上仍然薄弱。這些領域在近些年都取得了不小的進展，但由於基礎水準較低，問題仍然存在。  通用電氣（GE）和普惠公司獲得了價值超過6.8億美元的演示驗證變迴圈戰鬥機發動機合同，該合同由美國空軍研究實驗室（AFRL）的自適應發動機技術研發（AETD）項目資助。 AETD項目是AFRL價值5.24億的自適應通用發動機技術（Advent）項目的後續，在Advent項目資助下，GE航空和羅羅公司將在來年進行自適應風扇發動機的驗證機試車。  通用電氣（GE）和普惠公司獲得了價值超過6.8億美元的演示驗證變迴圈戰鬥機發動機合同，該合同由美國空軍研究實驗室（AFRL）的自適應發動機技術研發（AETD）項目資助。 AETD項目是AFRL價值5.24億的自適應通用發動機技術（Advent）項目的後續，在Advent項目資助下，GE航空和羅羅公司將在來年進行自適應風扇發動機的驗證機試車。  在AETD項目中，GE獲得3.497億美元、普惠獲得3.35億美元合同，按計劃將在2016年10月完成地面演示驗證。 兩個項目都以比現今發動機能夠降低25%的耗油率（sfc）為目標。但Advent項目旨在為下一代亞聲速轟炸機提供動力，而AETD則瞄向洛馬公司F-35在2020年以後的升級以及為2030年前後下一代超聲速巡航的戰鬥機提供動力。                  |
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| ( 時事評論｜國防軍事 ) |
