2023年軍用航空動(dòng)力進(jìn)展

■ 韓玉琪 / 中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院

2023年，世界范圍內(nèi)的局部軍事沖突進(jìn)一步加劇，主要國(guó)家進(jìn)一步加大了軍費(fèi)投入，以新型作戰(zhàn)概念和新興技術(shù)發(fā)展?fàn)恳鲬?zhàn)裝備及其動(dòng)力的研發(fā)，并實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)重大進(jìn)展。

在軍用航空動(dòng)力方面，國(guó)外多款航空主戰(zhàn)裝備及動(dòng)力在2023年完成重大里程碑節(jié)點(diǎn)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能持續(xù)提升以支撐裝備平臺(tái)的升級(jí)換代：下一代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，下一代戰(zhàn)略轟炸機(jī)及其動(dòng)力實(shí)現(xiàn)首飛，下一代旋翼機(jī)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)飛行試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)的首批交付。

美歐俄競(jìng)相加速先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力的研發(fā)與完善

針對(duì)下一代戰(zhàn)斗機(jī)用自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，國(guó)際上目前已形成美國(guó)、法國(guó)/德國(guó)/西班牙合作團(tuán)隊(duì)、英國(guó)/日本/意大利合作團(tuán)隊(duì)、俄羅斯等4個(gè)團(tuán)隊(duì)，其中美國(guó)處于絕對(duì)領(lǐng)先發(fā)展的地位，已進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。同時(shí)，美國(guó)不斷修復(fù)第五代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力F119、F135在使用中出現(xiàn)的問(wèn)題，美國(guó)空軍選擇F135發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)升級(jí)（ECU）方案為F-35戰(zhàn)斗機(jī)換發(fā)，俄羅斯AL-51F-1發(fā)動(dòng)機(jī)將于2024年配裝蘇-57戰(zhàn)斗機(jī)交付空天軍。

美國(guó)NGAP已進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段

2023年5月，美國(guó)空軍向工業(yè)界發(fā)布招標(biāo)文件，廣泛征集下一代空中主宰（NGAD）平臺(tái)方案，并明確指出計(jì)劃2024年正式授出工程和制造發(fā)展（EMD）合同，標(biāo)志著美國(guó)空軍正式啟動(dòng)了NGAD平臺(tái)的工程研制方案征集與選擇流程。該EMD合同將只選擇一家企業(yè)作為總體設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)單位，但NGAD平臺(tái)的一系列機(jī)載技術(shù)仍將采用模塊化開(kāi)放系統(tǒng)以維持競(jìng)爭(zhēng)。NGAD平臺(tái)計(jì)劃取代F-22，兼具對(duì)空和對(duì)地攻擊能力，將增強(qiáng)殺傷力、遠(yuǎn)航久航能力、戰(zhàn)場(chǎng)生存力、裝備互用性和環(huán)境適應(yīng)性，從而滿足強(qiáng)對(duì)抗作戰(zhàn)環(huán)境需要，將于2030年投入使用，并計(jì)劃采購(gòu)200架。

NGAD平臺(tái)的配套動(dòng)力研發(fā)項(xiàng)目為下一代自適應(yīng)推進(jìn)（NGAP），NGAP發(fā)動(dòng)機(jī)將在自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化（AETP）項(xiàng)目的技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)。2023年5—11月，GE公司對(duì)其AETP發(fā)動(dòng)機(jī)XA100進(jìn)行了第三階段試驗(yàn)，目前XA100已具備進(jìn)入工程研制階段的技術(shù)成熟度，但并不能直接滿足NGAD平臺(tái)的需求，NGAP發(fā)動(dòng)機(jī)與AETP發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、大小和性能不同，但兩者將共享技術(shù)。2023年5月，GE公司將其提出的NGAP發(fā)動(dòng)機(jī)命名為XA102，美國(guó)空軍在NGAP項(xiàng)目中同時(shí)資助了另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性替代方案，即普惠公司基于XA101開(kāi)發(fā)的后繼者（《航空周刊》透露該發(fā)動(dòng)機(jī)命名為XA103）。2023年8月，美國(guó)空軍生命周期管理中心透露，NGAP發(fā)動(dòng)機(jī)已進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。2023年11月，普惠公司的NGAP發(fā)動(dòng)機(jī)完成了數(shù)字初始設(shè)計(jì)評(píng)審（PDR）。盡管美國(guó)國(guó)防部已決定不采用任何AETP發(fā)動(dòng)機(jī)，但在2023年12月，AETP項(xiàng)目再次獲得國(guó)會(huì)資助的2.8億美元。最近5個(gè)財(cái)年NGAP項(xiàng)目的預(yù)算如表1所示，2028財(cái)年之后的預(yù)算尚未公布。

表1 NGAP項(xiàng)目近5個(gè)財(cái)年的預(yù)算

XA100自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)

法國(guó)、德國(guó)、西班牙下一代戰(zhàn)斗機(jī)的正式動(dòng)力已形成兩個(gè)方案

未來(lái)空中作戰(zhàn)系統(tǒng)（FCAS）項(xiàng)目由法國(guó)、德國(guó)和西班牙合作，并由法國(guó)國(guó)防部武器裝備總署（DGA）主承包。FCAS包括下一代戰(zhàn)斗機(jī)（NGF）、下一代歐洲戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)（NEFE）等5個(gè)組成部分。NGF預(yù)計(jì)將是一種大型雙發(fā)隱身多用途戰(zhàn)斗機(jī)，約30t，能夠從航母上起飛，由法國(guó)達(dá)索公司作為主承包商，空客公司參研。NGF計(jì)劃將于2028—2029年首飛，2029年進(jìn)入工程研制階段，2040年服役。

NEFE由歐美特公司（賽峰集團(tuán)和MTU公司各占50%的股份）作為主承包商，西班牙ITP Aero公司參研。賽峰集團(tuán)負(fù)責(zé)整體設(shè)計(jì)集成、熱端部件和控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，MTU公司負(fù)責(zé)冷端部件，并提供維護(hù)、修理和大修（MRO）服務(wù)，ITP Aero公司負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)低壓渦輪和噴管等工作。發(fā)動(dòng)機(jī)推力約為120kN，渦輪前溫度可達(dá)2100K，計(jì)劃在2024—2026年做出正式研發(fā)決策。2023年7月，賽峰集團(tuán)透露正在進(jìn)行M88發(fā)動(dòng)機(jī)改型升級(jí)，研制能夠提供125 ～130kN加力推力的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)，為NGF驗(yàn)證機(jī)提供動(dòng)力。2023年11月，歐美特公司提出兩種NEFE方案：一種是常規(guī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，另一種是自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)，自適應(yīng)方案具有更大優(yōu)勢(shì)并有望成為NGF的最終選擇，常規(guī)渦扇方案可作為低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的備選方案。

英國(guó)、日本、意大利下一代戰(zhàn)斗機(jī)及動(dòng)力項(xiàng)目持續(xù)推進(jìn)

2022年12月，英國(guó)、日本和意大利宣布共同研發(fā)下一代戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目——全球作戰(zhàn)空中計(jì)劃（GCAP），3國(guó)于2023年12月簽署正式協(xié)議并建立了GCAP國(guó)際政府組織（GIGO），GIGO將代表各方對(duì)GCAP進(jìn)行指導(dǎo)、控制、監(jiān)督和管理。2023年1月，瑞典與日本簽署協(xié)議并加入GCAP。2023年4月，英國(guó)國(guó)防部向GCAP撥款6.56億英鎊（約8.18億美元），以促進(jìn)GCAP研發(fā)進(jìn)入下一階段，主合同授予了BAE系統(tǒng)公司，2025年5月前英國(guó)在該項(xiàng)目上總投資將超過(guò)20億英鎊（約25億美元）。GCAP計(jì)劃于2024—2025年開(kāi)始組裝驗(yàn)證機(jī)，2027年首飛，2035年服役。未來(lái)對(duì)GCAP的采購(gòu)需求，英國(guó)、日本和意大利均超過(guò)300架，瑞典有望超過(guò)50架。

GCAP飛行驗(yàn)證機(jī)由2臺(tái)EJ200發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，正式發(fā)動(dòng)機(jī)將由英國(guó)羅羅公司、日本石川島播磨重工（IHI）和意大利Avio公司合作研發(fā)，在2026年做出有關(guān)進(jìn)入完整開(kāi)發(fā)計(jì)劃的關(guān)鍵決定。新發(fā)動(dòng)機(jī)將比現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更多的電力，以支持飛機(jī)能夠使用激光和其他定向能武器，采用自適應(yīng)技術(shù)，并測(cè)試采用新的數(shù)字設(shè)計(jì)工具和新的制造技術(shù)以加快研發(fā)速度。

俄羅斯為下一代戰(zhàn)斗機(jī)研發(fā)自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)

俄羅斯留里卡設(shè)計(jì)局正在為下一代戰(zhàn)斗機(jī)研發(fā)自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)“產(chǎn)品333”，將采用高性能材料，如先進(jìn)陶瓷、復(fù)雜的電氣系統(tǒng)以及新型的三涵道結(jié)構(gòu)。第三涵道在需要高推力時(shí)關(guān)閉，巡航時(shí)打開(kāi)，旨在節(jié)流模式下減少高達(dá)5%的燃油消耗，極大地提高了不同飛行模式下的燃油效率，同時(shí)增加了散熱能力，這對(duì)于下一代戰(zhàn)斗機(jī)開(kāi)發(fā)的電子戰(zhàn)系統(tǒng)和激光武器至關(guān)重要。留里卡設(shè)計(jì)局表示，該型發(fā)動(dòng)機(jī)可能要到2035年才能生產(chǎn)出來(lái)。

F119發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪疲勞問(wèn)題得到修復(fù)

FCAS戰(zhàn)斗機(jī)及其動(dòng)力

2023年7月，美國(guó)空軍和普惠公司完成了一項(xiàng)耗資2100萬(wàn)美元的F-22戰(zhàn)斗機(jī)全機(jī)隊(duì)范圍內(nèi)的F119發(fā)動(dòng)機(jī)改造工作，美國(guó)空軍目前有177架 F-22在役。在此之前，第二級(jí)低壓渦輪葉片存在低循環(huán)疲勞缺陷,該疲勞問(wèn)題導(dǎo)致了7起A級(jí)事故，損失近2300萬(wàn)美元，但未造成F-22停飛。

“產(chǎn)品333” 三涵道發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)

F135發(fā)動(dòng)機(jī)ECU方案被美國(guó)空軍選中為F-35換發(fā)

2023年2月，普惠公司公布2022年12月發(fā)生的F-35B墜機(jī)事故原因?yàn)镕135發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題導(dǎo)致燃料管破裂。普惠公司制訂了一個(gè)短期補(bǔ)救方案，隨后于2023年2月月底獲準(zhǔn)恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)交付，后續(xù)通過(guò)重新設(shè)計(jì)組件來(lái)解決該問(wèn)題。2023年3月，美國(guó)空軍宣布F-35戰(zhàn)斗機(jī)換發(fā)采用F135發(fā)動(dòng)機(jī)ECU方案，放棄自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)方案，并在2024財(cái)年預(yù)算申請(qǐng)中為ECU方案撥款2.45億美元，普惠公司希望在2024年年初完成ECU的初步設(shè)計(jì)評(píng)審，并進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。2023年7月，普惠公司獲得一份6600萬(wàn)美元的ECU初步設(shè)計(jì)合同，總經(jīng)費(fèi)達(dá)到1.8億美元。普惠公司預(yù)計(jì)，升級(jí)后的發(fā)動(dòng)機(jī)將于2029年投入使用。

AL-51F-1發(fā)動(dòng)機(jī)將于2024年配裝蘇-57戰(zhàn)斗機(jī)

2023年7月，俄羅斯留里卡設(shè)計(jì)局透露，目前配裝AL-41F-1發(fā)動(dòng)機(jī)的蘇-57需要開(kāi)加力才能達(dá)到超聲速巡航的速度，第五代戰(zhàn)斗機(jī)蘇-57戰(zhàn)斗機(jī)的最終動(dòng)力被確定為AL-51F-1（“產(chǎn)品30”為其內(nèi)部名稱）。AL-51F-1具有3級(jí)風(fēng)扇、5級(jí)高壓壓氣機(jī)、1級(jí)高壓渦輪和1級(jí)低壓渦輪，目前配裝軸對(duì)稱矢量噴管，未來(lái)計(jì)劃采用二維矢量噴管以降低雷達(dá)和紅外特征，該噴管已成功在地面試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)，包括加力燃燒功能。AL-51F-1發(fā)動(dòng)機(jī)將于2024年配裝蘇-57戰(zhàn)斗機(jī)交付俄羅斯空天軍，據(jù)推測(cè)，未來(lái)還將配裝S-70B“獵人”無(wú)人機(jī)和蘇-75輕型戰(zhàn)斗機(jī)。

美俄加快推進(jìn)戰(zhàn)略轟炸機(jī)動(dòng)力升級(jí)更新

戰(zhàn)略轟炸機(jī)作為遠(yuǎn)程打擊的核心裝備，美國(guó)和俄羅斯既全力研發(fā)下一代隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)及其動(dòng)力，又注重升級(jí)現(xiàn)役常規(guī)戰(zhàn)略轟炸機(jī)動(dòng)力以提升戰(zhàn)斗力，相關(guān)的動(dòng)力信息透露較少，但據(jù)推測(cè)均為基于現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)改進(jìn)發(fā)展，并將于2026—2029年投入使用。

動(dòng)力或?yàn)榛贔135發(fā)動(dòng)機(jī)改型的B-21轟炸機(jī)完成首飛

2023年9月，諾斯羅普-格魯門（諾格）公司開(kāi)始在首架B-21飛機(jī)上測(cè)試運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)；2023年10月，首架B-21飛機(jī)開(kāi)始地面滑行測(cè)試；2023年11月10日，首架試驗(yàn)型B-21完成首飛，然后將轉(zhuǎn)移到加利福尼亞州愛(ài)德華空軍基地進(jìn)行飛行測(cè)試，美國(guó)空軍隨后授予了諾格公司第一份低速生產(chǎn)合同，項(xiàng)目進(jìn)入初始小批量生產(chǎn)階段，預(yù)計(jì)2025年前后向南達(dá)科他州的埃爾斯沃斯空軍基地交付。B-21項(xiàng)目于2011年正式啟動(dòng)，2015年進(jìn)入工程研制階段，2018年開(kāi)始制造原型機(jī)，2022年12月推出首架原型機(jī)。美國(guó)空軍計(jì)劃購(gòu)買至少100架B-21，替代其現(xiàn)役的全部B-2A和B-1B轟炸機(jī)。B-21預(yù)計(jì)于2026—2027年投入使用。

動(dòng)力或?yàn)榛贜K-32-02發(fā)動(dòng)機(jī)改型的PAK DA持續(xù)研發(fā)

2023年12月，俄羅斯國(guó)家技術(shù)集團(tuán)宣布，已完成用于測(cè)試下一代轟炸機(jī)未來(lái)戰(zhàn)略轟炸系統(tǒng)（PAKDA）的測(cè)試基地與綜合試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)工作。PAK-DA于2009年開(kāi)始工程研制，2012年完成初步設(shè)計(jì)評(píng)審，2019年完成最終設(shè)計(jì)評(píng)審，2020年開(kāi)始首架原型機(jī)組裝，其配套動(dòng)力為“產(chǎn)品RF”，由俄羅斯聯(lián)合發(fā)動(dòng)機(jī)制造集團(tuán)（UEC）下屬的庫(kù)茲涅佐夫設(shè)計(jì)局提供，據(jù)推測(cè)是基于圖-160M的NK-32-02發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)研發(fā)，并可能借鑒了民用發(fā)動(dòng)機(jī)PD-14的相關(guān)先進(jìn)技術(shù)。PAK-DA預(yù)計(jì)于2024年首飛，2028—2029年開(kāi)始批量生產(chǎn)。

用于B-52 換發(fā)的F130 初步測(cè)試即將完成

2023年3月，羅羅公司開(kāi)始為B-52轟炸機(jī)測(cè)試F130發(fā)動(dòng)機(jī)，并于9月表示有望在年內(nèi)完成初步測(cè)試（目前尚無(wú)確切消息）。項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)主要集中在將發(fā)動(dòng)機(jī)與B-52的機(jī)翼、短艙和駕駛艙控制集成方面。新發(fā)動(dòng)機(jī)的項(xiàng)目成本可能上漲50%，預(yù)期燃油效率也有所降低，從之前的目標(biāo)（比當(dāng)前TF33發(fā)動(dòng)機(jī)降低30%）降至約20%。F130發(fā)動(dòng)機(jī)基于運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3000萬(wàn)h的羅羅公司公務(wù)機(jī)動(dòng)力BR725發(fā)動(dòng)機(jī)改型開(kāi)發(fā)，在羅羅公司位于印第安納波利斯的工廠制造、組裝和測(cè)試，預(yù)計(jì)未來(lái)將交付600多臺(tái)新發(fā)動(dòng)機(jī)。F130發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)能將B-52的使用壽命延長(zhǎng)30年，提高耐用性和性能。羅羅公司計(jì)劃2024年年初開(kāi)始F130發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)審查。B-52H轟炸機(jī)換裝F130發(fā)動(dòng)機(jī)后，將被命名為B-52J，首批將于2026—2027年交付，2030年達(dá)到初始作戰(zhàn)能力，并服役至2050年后。

用于B-52轟炸機(jī)換發(fā)的F130發(fā)動(dòng)機(jī)

美歐穩(wěn)步研發(fā)下一代旋翼機(jī)動(dòng)力

美國(guó)陸軍接收了首批2臺(tái)飛行試驗(yàn)用的T901發(fā)動(dòng)機(jī)，北大西洋公約組織（北約）下一代旋翼機(jī)能力（NGRC）計(jì)劃選擇GE公司及其子公司Avio Aero研發(fā)動(dòng)力，為滿足下一代直升機(jī)平臺(tái)的高速需求，這兩型動(dòng)力的功率較現(xiàn)役同類型產(chǎn)品提高50%，達(dá)到2000kW以上。

GE 公司向美國(guó)陸軍交付首批2 臺(tái)飛行試驗(yàn)用T901 發(fā)動(dòng)機(jī)

2023年10月，GE公司向美國(guó)陸軍交付了配裝未來(lái)攻擊偵察機(jī)（FARA）原型機(jī)的首批2臺(tái)飛行試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)T901。T901發(fā)動(dòng)機(jī)是為了滿足美國(guó)陸軍對(duì)動(dòng)力增強(qiáng)的需求而研發(fā)，其設(shè)計(jì)借鑒了一系列商用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，包括三維（3D）建模、陶瓷基復(fù)合材料（CMC）和3D打印零件，通過(guò)機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)增加飛行時(shí)間，提升保障服務(wù)靈活性，與T700相比，T901發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高50%（達(dá)到2237kW），耗油率降低25%。T901發(fā)動(dòng)機(jī)配裝FARA的首飛延期至2024年第4季度，2032年配裝FARA服役，此外，還將用于UH-60“黑鷹”和AH-64“阿帕奇”直升機(jī)換發(fā)。

GE公司獲得北約NGRC計(jì)劃的動(dòng)力研發(fā)合同

2023年12月，北約支持與采購(gòu)局（NSPA）宣布，GE公司與Avio Aero公司共同研究可滿足下一代旋翼機(jī)能力（NGRC）計(jì)劃要求的新型動(dòng)力裝置，這項(xiàng)為期6個(gè)月的研究將“確定、評(píng)估和比較能夠滿足NGRC計(jì)劃要求的創(chuàng)新動(dòng)力裝置解決方案”，預(yù)計(jì)新型動(dòng)力的功率將超過(guò)2237kW。 NGRC計(jì)劃是法國(guó)、德國(guó)、希臘、意大利、荷蘭和英國(guó)等6國(guó)之間的合作項(xiàng)目，是美國(guó)陸軍未來(lái)垂直升力（FVL）計(jì)劃的歐洲版本，未來(lái)將替代1000多架米-18/17、“美洲豹”、S-70/UH-60和NH90直升機(jī)，這些國(guó)家于2022年6月簽署了一份諒解備忘錄，并投入2670萬(wàn)歐元（2800萬(wàn)美元）開(kāi)發(fā)下一代中型多用途高速直升機(jī)，準(zhǔn)備在2035—2040年投入使用。

結(jié)束語(yǔ)

美國(guó)處于全面領(lǐng)先發(fā)展的態(tài)勢(shì)，下一代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力用自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)已進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，同時(shí)也不斷完善升級(jí)第五代戰(zhàn)斗機(jī)用動(dòng)力，并積極推進(jìn)戰(zhàn)略轟炸機(jī)及直升機(jī)的換發(fā)升級(jí)，支撐軍用航空裝備的戰(zhàn)斗力提升；歐洲各國(guó)及日本更加注重自身的產(chǎn)品研發(fā)和保障能力，但受限于技術(shù)能力、未來(lái)裝備需求量和自身工業(yè)基礎(chǔ)等多種因素制約，被迫采取抱團(tuán)研發(fā)的策略，其各種動(dòng)力方案都帶有“美國(guó)方案”的影子，但多國(guó)需求、分工的協(xié)調(diào)以及缺乏第五代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力研制經(jīng)驗(yàn)，使得相關(guān)研發(fā)存在較大的不確定性；俄羅斯的動(dòng)力研發(fā)進(jìn)度較相應(yīng)的飛機(jī)平臺(tái)出現(xiàn)滯后，但因受到西方制約，正在全力實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的自主保障，同時(shí)也在積極探索下一代動(dòng)力方案。