近两年美军航空发动机“升级”研究已开启加速模式

发表于 讨论求助 2019-06-13 16:33:22


XS-1空天飞机动画视频(DARPA)


2017年5月,美军选中波音公司负责XS-1可重复使用空天飞机研究计划,旨在研制一种完全可重复使用的军用空天飞机。XS-1计划使用洛克达因的AR-22氢氧火箭发动机,计划于2020年试飞。


2017年10月,洛克达因公司获得“先进全状态发动机”(AFRE)项目涡轮基冲压组合(TBCC)发动机地面验证合同。


近年来,美国军用航空发动机技术呈现加速发展的态势。传统涡轮推进系统在继续向着减轻重量、降低油耗、提高推重比、改善可靠性、提高适用性、提高维修性和提高经济性的方向发展的同时,进一步向智能化、变循环和多电化的方向迈进。混合电推进系统、涡轮基组合动力等新型动力的关键技术也取得新的突破。


美军用航空发动机升级换代


1
F135 发动机升级


2018年3月,美国普拉特·惠特尼公司宣称,已经研发成功新一代F135推力增强型发动机,这种发动机在原版的基础上耗油量降低了6%,推力提升了10%,达到210千牛。这将提升所有F-35战斗机型号的航程和发动机寿命。


F135发动机


2
自适应发动机


2016年6月,美国空军宣布将“自适应发动机转化项目”(AETP)合同分别授予通用电气公司和普拉特·惠特尼公司,负责研发、制造和试验自适应发动机工程验证机。AETP将发展用于美国空、海军第六代战斗机的200千牛级自适应发动机,同时也可用于F-35战斗机的中期换发选项。同时,美国空军还计划实施“空中优势自适应推进技术”(ADAPT)计划,研究在发动机核心机上采用自适应结构,并将其与主发动机的整体变循环工作特性相结合。ADAPT计划可将自适应发动机巡航模式的油耗再降低5%,同时继续提高超声速工作时的推力性能。



自适应变循环发动机原理图


3
新一代国家级军用航空动力技术研究计划


美国军方已经开始新一代国家级军用航空发动机技术发展计划的规划工作,称为“支持经济可承受任务能力的先进涡轮技术”(ATTAM)计划,由美国空军研究试验室领导,计划2017年启动,目标是研发用于下一代涡轴和战斗机发动机的技术。研究内容除先进推进技术外,还首次纳入了完整的综合动力与热管理要素,以满足未来发动机支撑更多电力系统、定向能武器、功率更大的传感器等的需求。 


发动机技术提升和快速应用


1
T700改进项目


在伊拉克和阿富汗战争中,“黑鹰”和“阿帕奇”两型直升机发动机功率的不足给作战使用带来极大不便。为替代“黑鹰”和“阿帕奇”直升机的T700发动机,2016年,美国陆军启动了ITEP计划,要求在基本保持T700涡轴发动机尺寸的基础上,油耗降低25%、功率提高50%、成本降低35%。2017年,ATEC公司和通用电气公司分别推出了T900和T901发动机。 


ATEC公司HPW3000(T900)发动机


GE公司GE3000(T901)发动机


GE公司T901性能提升对比


2
“未来经济可承受涡轮发动机”(FATE)计划


FATE预研计划研究3675〜7350千瓦大功率涡轴发动机的相关技术,目的是为研制替代T55的发动机打好基础,提升“支奴干”等机型的作战能力,并为“未来垂直起降飞行器”项目所需发动机进行前期的技术储备。FATE预研计划的研制目标是较T55发动机,耗油率降低35%,功重比提高90%,设计寿命増加30%,维护成本降低45%,研制成本降低20%。2017年10月,GE公司宣布完成首台测试。


GE公司FATE发动机原型机


3
“替代概念发动机”(ACE)计划


ACE是美军最新的先进涡轴发动机技术预研计划,目的是为未来各FVL旋翼机发展所需的发动机技术,以满足其超高的性能指标。ACE预研计划的功率范围覆盖29-7350千瓦,功重比将提高90%、耗油率降低40%、生产和维护成本均降低50%。


推动高超声速动力技术创新研究


1
进一步拓展“佩刀”发动机应用


美国空军研究实验室已经确认了“佩刀”发动机的技术可行性,并于2016年9月正式公布基于“佩刀”发动机的可重复使用两级入轨飞行器概念,成为美国可重复使用空天运载飞行器的新方向。


Sabre发动机


 

两级入轨空天飞行器方案一

两级入轨空天飞行器方案二


2
先进全状态发动机(AFRE)项目


2017年10月,DARPA向航空喷气集团洛克达因公司授予了一份“先进全状态发动机”(AFRE)项目涡轮基冲压组合(TBCC)发动机地面验证合同,该发动机将可用于水平起降、最大速度超过Ma5的高超声速飞机。AFRE项目旨在研发和地面验证一种能在马赫数0〜5+范围内无缝工作的可重复使用、碳氢燃料、全尺寸涡轮基冲压组合发动机,以支撑实现能够在拒止环境下执行情报、监视与侦察任务的高超声速飞机。AFRE项目的主要内容是利用现货涡轮发动机,实现全尺寸涡轮基冲压组合发动机在马赫数0〜5+范围内,能持续工作的地面集成演示验证。


采用佩刀发动机的云霄堂空天飞机想象图


波音XS-1空天飞机想象图


来源:航空制造网

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