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2022军用航空动力进展_韩玉琪.pdf
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1、10航空动力 I Aerospace Power 2023年 第1期回顾与展望 Review&OutlookProgress of Military Aero Engine in 20222022军用航空动力进展在全球能源危机及地缘政治博弈日趋激烈的背景下,为在国际竞争乃至潜在的军事冲突中取得优势地位,欧美俄等国家和地区加强了航空军事装备的研制力度,多款航空装备及动力于2022年取得了重大突破进展:下一代战斗机的动力装置即将进入工程研制阶段,下一代战略轰炸机动力装置持续研发,下一代旋翼机动力装置完成首台和第一阶段试验。战斗机动力研发升级美国下一代战斗机用的自适应发动机研发,自2007年以来已投
2、入40多亿美元,在2022年更是授出了48.8亿美元合同以开发原型机,并计划于2032年7月完成研制,从而再次领跑世界。同时,美国也注重通过新技术来持续提升五代机的性能、可靠性和维修保障水平,不断提升装备的出勤率和战斗力。法国、德国和西班牙合作研发下一代动力,其新研涡轮在M88发动机上进行了测试,计划在20242026年做出正式研发决策。英国、日本和意大利在合作研发下一代发动机验证机的基础上,进一步确定了合作研发下一代战斗机的计划,发动机验证机受新冠疫情和俄乌冲突的影响,2022年度全球的能源危机及地缘政治博弈更加复杂激烈,发生军事冲突的风险陡然提升。在此背景下,相关国家和地区进一步加强了先进
3、武器装备的研制和探索,航空发动机研制进展取得重大突破。韩玉琪/中国航发研究院 郑小梅/93208部队的工作将集中在推进与动力/电力的联合应用,2026年视情制订完整开发计划。美国自适应发动机即将转入工程研制阶段GE公司完成了第二台XA100自适应发动机工程验证机的第二阶段试验,至此已完成自2016年开始的空军自适应发动机过渡计划(AETP)的全部研发任务,准备过渡到工程和制造发展(EMD)阶段。同时,美国空军在下一代自适应推进计划(NGAP)中向GE、普惠、波音、洛克希德-马丁(洛马)和诺斯罗普-格鲁门(诺格)等5家公司授出总计约48.8亿美元的合同(每家9.75亿),预计于2032年7月完成
4、。此外,美国空军于2022年12月还授予GE公司3.03亿美元的下一代战斗机自适应发动机部件技术合同,包含2.03亿美元的技术成熟及风险控制服务,以 及 截 至2024年12月 的9947万 美元的研发成本及固定费用合同。与配装F-35战斗机的F135发动机相比,自适应发动机可将飞机航程增加35%,耗油率降低25%,推力增大10%,热管理能力提高100%。法国完成下一代战斗机动力的部分关键技术测试未来空中作战系统(FCAS)项GE公司的第二台XA100自适应循环发动机完成测试11航空动力 I Aerospace Power 2023年 第1期回顾与展望 Review&Outlook目由法、德、
5、西等三国合作,并由法国国防部武器装备局(DGA)主承包,FCAS包括下一代战斗机(NGF)、下一代欧洲战斗机发动机(NEFE)、下一代武器系统(NGWS)、欧 洲 中 高 空 长 航 时 无 人 机 系 统(MALE),以及未来的巡航导弹与集群无人机5个组成部分。2022年1月,法国宣布为NEFE新研的高压涡轮在基于M88衍生型发动机的试验台上完成测试,12月DGA授出FCAS的1B阶段验证机合同,将涵盖FCAS演示样机及组件的工作,时间约为三年半。NGF预计将是一种大型双发隐身多用途战斗机;NEFE推力约为120kN,涡轮前温度可达2100K,在M88发动机的技术基础上研发,采用变循环技术和
6、矢量喷管,并探索混合电推进技术以进行机载能量管理。NEFE由 欧 美 特(EUMET)公司(赛峰和MTU各占50%组成的合资公司)作为主承包商,西班牙ITP公司作为主要合作伙伴。其中,赛峰负责整体设计集成和热端部件开发,MTU负责冷端部件,并提供维护、修理和大修(MRO)服务,ITP负责开发低压涡轮和喷管等工作,计划在20242026年做出正式研发决策,2029年左右NEFE验证机配装NGF验证机首飞,2040年服役。英日确定合作研发下一代战斗机动力的验证机2022年12月,英、日、意 等三国宣布共同研发下一代战斗机项目全球作战空中计划(GCAP),这是日本自第二次世界大战以来首次与美国之外的
7、国家开展重大防务合作。英、日原本都有自己的下一代战斗机项目:英国主导的“暴风”(Tempest)计划2027年首飞,2035年前后交付;日本的F-X计划2028年首飞,2031年批量生产,2035年起正式列装服役。发动机验证机由英国罗罗公司与日本石川岛播磨重工(IHI)联合开发和交付,并在2026年做出有关进入完整开发计划的关键决定,具体方案尚未透露,但验证机的工作将集中在推进与动力/电力的联合应用,关键是能为飞机任务系统和传感器的运行提供大量电力,甚至为使用定向能武器铺平道路,验证机将结合英国未来作战航空系统技术倡议(FCAS TI)开发的技术和IHI的XF9-1试验型发动机验证的技术。美国
8、F135升级方案存在分歧F135之前的维修能力不足造成发动机短缺,导致2021年50多架F-35停飞,空军维修人员和普惠公司共同努力于2022年3月底将F135的平均维修时间缩短了一半以上,发动机短缺情况得到缓解。F-35战斗机至2022年年底的生产总量接近900架,但仍面临三个问题:偏低普惠公司提出的F135“增强型发动机套件”法国为下一代战斗机发动机新研的高压涡轮在试验台上测试12航空动力 I Aerospace Power 2023年 第1期回顾与展望 Review&Outlook美国B-21战略轰炸机的原型机的任务执行率、一直未能达成的可靠性目标和维修成本翻倍。上述问题均与F135发动
9、机的可靠性问题相关,截至2022年9月已生产的1000台配装F-35A/B/C的三型F135都存在可靠性问题。F-35的雷达、电子战模块和其他传感器已取得长足的进步,这些电子设备的电力和冷却需求远远超出F135的初始设计能力。美国各方对于发动机升级问题存在分歧,普惠公司希望改进F135,GE公 司 则 称XA100可 在20年代末为F-35提供动力并同时兼容F-35A/B/C。美国空军支持换发并启动F-35A换装自适应发动机计划(FAER)的前期调研,而美国海军和海军陆战队对换发兴趣不大,美国国会则对换发持保留意见,美国国防部预计将在2024年就发动机升级方案做出决定。普惠公司于2022年12
10、月初获得1.15亿美元的F135发动机核心机升级合同,用于支持到2023年的初步研发,12月底又获得国会7500万美元额外拨款用于该方面研发,普惠公司和柯林斯宇航公司公布一种新的应急动力可冷却系统(EPACS)用于F135核心机升级,可使F-35航程和推力增加7%,冷却能力提高1倍。美国F119提升维护能力和机动性能普惠公司于2022年3月宣布针对配装F-22战斗机的F119发动机机队启动了一项基于使用情况的寿命监测(UBL)计划,以数字化手段将飞行数据与普惠公司最先进的维修工程算法结合,使得美国空军能够按需规划发动机的维修,从而最大限度地提高机队战备状态和降低维修成本,这种尝试在航空航天推进
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