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GE的野望——美国下一代战斗机发动机

发布时间:2016-01-08  原作者:Armstrong   点击数:

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  通用电气(GE)航空集团是推动美国战斗机发动机未来发展的领头羊,该公司不仅是迄今为止唯一一家研制并演示自适应循环风扇发动机的公司,还是首家把陶瓷基复合材料(CMC)叶片安装在发动机上试车的公司。

  因此,美国空军研究实验室(AFRL)在2012年与普惠和GE分别签订合同,发展具有三涵道和自适应循环风扇的“自适应发动机技术发展”(AETD)发动机也就不奇怪了。该项目旨在获得一种未来战斗机发动机的技术先导机,为批量生产做好准备。

GE的AETD发动机设计
GE的AETD发动机设计

  然后再通过一项预计为期四年的自适应发动机过渡项目(AETP),自适应循环发动机将能够推进目前还在绘图板上的未来美国战斗机。奥巴马总统在2016财年向国会提交了AETP项目的申请预算,众议院军事委员会原则上批准。

  目前美国的第六代战斗机还未见雏形,研制自适应循环发动机似乎有点为时过早。但是把战斗机和发动机集成起来以实现功能、性能和作战灵活性的最大化则需要花费很长时间,所以AFRL启动AETD和AETP项目的时机刚刚好。

  GE航空集团下一代军机新项目和衍生项目总经理杰夫·马丁说:“在我们锁定技术并用这些技术开始为正确的飞机设计正确的发动机前,还有大量技术研发工作要做。”马丁负责与未来美国军用飞机项目相关的发动机设计研究工作,这些项目包括美国空军的FX和美国海军的FA-XX第六代战斗机。

  他补充说:“未来五年可能是你确定发动机材料和架构的最后五年,而这些事情是你在启动EMD(工程、制造和发展)或‘里程碑B'项目之前都需要搞明白的事。”

GE发动机自适应循环技术的背景

  在GE于2012年获得AETD合同前,该公司在2007年成为与AFRL签订合同研制“自适应通用发动机技术”(ADVENT)发动机验证机的两家公司之一。在这个合同中,美国空军出资3.5亿美元,稍稍超过研发总成本的一半,剩下的要公司自己想办法。另一家公司是罗尔斯·罗伊斯。ADVENT项目是AETD的直接前身。

  前年7月,GE航空成功试车了其全新的ADVENT发动机设计,成为唯一满足ADVENT项目所有目标的承包商。对发动机的三涵道和自适应循环风扇设计进行的全面测试,并满足AFRL设置的所有性能和耐久性目标。

GE的ADVENT发动机验证机
GE的ADVENT发动机验证机

看起来GE的ADVENT发动机沿用了F110的尾喷管设计
看起来GE的ADVENT发动机沿用了F110的尾喷管设计

GE的ADVENT发动机试车台
GE的ADVENT发动机试车台

  在这些测试中,ADVENT发动机成功运行在其最高设计温度和压力上。与第五代战斗机发动机相比,发动机外涵道气流温度降低了65摄氏度以上。

  GE的ADVENT设计还展示了被称为“冷却制冷空气”的热管理方法,就是利用由发动机自适应循环风扇产生的第三涵道气流驱动一个热交换器,让压缩机气流降到较低温度去冷却发动机的高压涡轮级。这意味着GE的ADVENT发动机热端部件需要的冷却空气更少,于是提高了发动机的总压比(OPR)。

这张图清楚显示了自适应循环发动机的技术特点
这张图清楚显示了自适应循环发动机的技术特点

  在2013年对ADVENT核心机的一次测试中,GE记录下了喷气发动机史上联合压缩机和涡轮的最高工作温度,AFRL正式确认了这个纪录。

  GE的ADVENT也是航空史上使用最多陶瓷基复合材料的发动机,这使发动机高压涡轮喷嘴前缘承受住了超过1648度的高温,而且GE让ADVENT核心机在达到或超过这个涡轮温度目标值的情况下持续运行了超过80分钟。

ADVENT发动机的完整压缩机
ADVENT发动机的完整压缩机

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