根據美國Aviacionline網站報導,通用電氣公司(簡稱GE)於最近在俄亥俄州的埃文代爾完成了其新一代自適應變循環航空發動機的高空臺測試工作。據通用電氣公司的說法,測試非常成功,達成了預期目的。
接下來,這臺代號為XA-100的變循環發動機將視情進入正樣研製階段,如果一切順利的話,該型發動機將作為美國空軍的「航發過渡計劃」目標機型,裝備美軍的NGAD型第五代(美標第六代)戰鬥機,同時也可以作為F-35系列戰鬥機最新批次、也是所謂的「目標批次」Block4批次將要配備的「目標」航空發動機。
XA-100概況
那麼,對於美國航發工業搞的這個XA-100先進航空發動機驗證機,它到底是個什麼東西、性能上到底有啥亮點,咱們對它的性能、它的研發路逕到底應該如何認識,又將給美國空軍未來的戰術飛機作戰性能帶來怎樣的提升呢?
XA-100到底是個什麼東西?
我們先說第一個問題好了:咱們都知道,典型的第三代、第四代大推力軍用渦輪風扇發動機採用的都是雙涵道結構,包括作為內涵道的發動機核心機和作為外涵道的發動機低壓段,基於這種設計的第三代、第四代航空發動機其涵道比是固定的,相應的在諸如特定速段、特定高度、特定工況下的性能也是比較固定的。比如在大多數軍迷認知裡的「渦扇發動機高空飛行時費油、渦噴發動機低空飛行時費油」,或者「大涵道比發動機加速性不好,小涵道比發動機燃油經濟性不好」的特定印象,某種意義上來說其實也正是來源於此。
相比之下,以XA-100型航發驗證機為代表的「自適應、變循環」航空發動機,恰恰是打破了這種渦輪風扇發動機的固有印象。以典型的變循環發動機的定義來說吧,變循環發動機的設計點與可用活動部件均遠遠超過既有的航空發動機,能通過部分發動機部件的運動,改變發動機的涵道比等關鍵技術數據,以在不同工況下確保發動機的性能達到最佳狀態。
而以XA-100型先進航發驗證機這麼一個具體型號來說,目前能夠披露的信息證明,該型航空發動機具備「三涵道」總體設計:首先仍然是發動機核心機所在的內涵道,而原本匹配低壓段的外涵道在XA-100上則被稱為「中涵道」,此外在發動機中涵道的外側又另外匹配了一個外涵道,其發動機內外涵道的總體設計極其複雜,可能各涵道之間可以使用旁通活門相連。
在戰機不同的飛行狀態下,這臺變循環發動機可以使用發動機電調模塊對涵道間的活門、斜板、導流片等進行調節,從而精確控制發動機的進氣氣流、燃燒室燃燒與尾噴管噴流,對內、中、外涵道的流量進行控制,從而改變發動機的涵道比,其電控模塊對發動機不同狀態、不同工況的控制具備高度的精密度和可靠性,這是XA-100型變循環發動機技術驗證機被稱為「自適應發動機」的原因。
XA-100亮眼的性能
相比傳統的F-119-PW100或F-135-PW100型發動機,XA-100型變循環發動機技術驗證機在性能上的亮點是顯而易見的:
首先是也正是它的「變循環」,目前根據公開消息能夠確認的XA-100工作模式起碼有三種,第一是適用於亞音速速段的大涵道比渦輪風扇發動機模式,第二是適用於超音速速段的小涵道比渦噴發動機模式,第三是適用於超音速速段與超音速巡航的小涵道比亞燃衝壓發動機模式。而這種對於發動機不同使用狀態的「自適應控制」,為發動機與配備發動機的整機帶來了巨大的性能收益。
首先顯而易見的是發動機推力的提高與耗油率的極大降低,據稱XA-100型發動機技術驗證機的臺架推力相比第四代航空發動機提高了足足10%,同時耗油率(總體評價)降低了25%,在配備了此類航空發動機之後,估計F-35系列戰鬥機和NGAD型戰鬥機將比配備第四代航空發動機的情況下提高35%左右的航程,對特定目標的反應速度也提高了一倍以上,這已經可以被稱作是「下一代航空發動機」了。
除此之外,XA-100型發動機技術驗證機的先進設計,還將進一步提升配套戰機的隱身、尤其是紅外隱身性能:根據目前披露出的XA-100的設計細節,該型發動機在發動機尾噴管射流上進行了特殊設計,溫度較低的外涵道冷氣流將對溫度較高的內涵道熱噴流形成「包絡」,從而降低發動機尾部噴管的熱輻射,提升戰機的紅外隱身效果;同時,根據美國《航空周刊》先前的報導,XA-100型發動機還是在研製階段就第一次貫徹了「熱管理」、「熱循環」總體設計理念的先進航空發動機,對提升發動機整體的熱能轉換效率,實現發動機更好的熱力學負荷分配有大量的、堪稱「黑科技」的獨門絕技。
美國六代機NGAD想像圖
根據美國空軍研究實驗室(AFRL)推進下一代航空發動機研發的既定計劃,目測XA-100型航發(其實PW還有一個類似的XA-101航發項目,但是暫無消息)在完成了高空臺測試後,將很快轉入正樣研製階段。在此基礎上開發美國空軍下一代戰鬥機(NGAD)使用的航空發動機,同時基於XA-100開發的航發也可以被用於F-35戰鬥機後續批次的升級工作。而在自適應變循環發動機強大的性能加持下,目測美國空軍新一代戰鬥機的全速段飛行性能、尤其是超音速速段飛行性能,紅外隱身性能等將比現有的F-22A型和F-35系列戰鬥機再上一層樓,這無疑也將成為中國空軍最大的威脅。
中國如何才能趕超?
說完了美國通用電氣研製的XA-100型先進航發驗證機,相信大家目前最為關心的話題是:咱們自己的FWS-15型渦扇發動機到底啥時候才能搞定啊?咱們自己有沒有類似於XA-100這樣的先進航發研究項目啊?
中國沒有對標產品?
這個,大伊萬覺得,從技術差距上來說,咱們對和美國航發工業的差距還是應當有明確的認知,畢竟大家都知道嘛,以咱們目前最先進的FWS-10型航空發動機最新改進型,估計也就能跟上世紀九十年代美國搞出來的F-110-GE129掰掰手腕子。
至於FWS-15,包括傳得沸沸揚揚的另外一個中等推力第四代航空發動機研發項目,目前已經非常長時間沒有任何實錘或公開消息出現了,咱們只能等待。而這兩款發動機即使出現,從航發類型上說也只不過是達到了接近上世紀九十年代後期、美國搞F-119-PW100或者F-414兩型發動機時的水平。作為在F-119-PW100基礎上深度發展、重新設計出來的F-135系列發動機,咱們目前更是沒有任何一款航空發動機能夠對標。
至於類似於XA-100型先進航空發動機整機驗證機的自適應變循環航空發動機技術驗證機,起碼在咱們的公開消息裡是難尋蹤跡的,也許我們已經就手頭現有的第三代航空發動機做了一些簡單的預研和技術驗證工作,但做出類似於XA-100的、完成度如此之高的、可以上高空臺走完設計全程的先進航空發動機技術驗證整機,似乎距離尚遠。
美國領先且傾盡全力投入
不過,從美國航發工業研發XA-100型航發的研發工程經驗來看,XA-100型航空發動機也不是一蹴而就、從半空中出現的,它是通用電氣公司連續五十年航發基礎工業研發投入的結晶,更是美國空軍研究實驗室牽頭抓總、不惜一切代價全力推進的結果。
從通用電氣公司在變循環航空發動機的研發經驗上,GE的第一個變循環航空發動機項目早在1970年代就已經開始,在長達50年的時間裡已經進行了五次設計迭代,包括第一代的VABI技術、第二代的CDFS技術、第三代在美軍ATEGG項目旗幟下展開的F-120發動機整機(與F-119競爭F-22A動力)、第四代的COPE技術和第五代的ADVENT技術。
單單是在第五代ADVENT技術上的研發投入就高達10億美元,而且還不一定能保證投入就一定有回報,畢竟隔壁還有一個普拉特惠特尼的XA-101項目正在虎視眈眈、時刻準備和GE就下一代變循環發動機項目展開你死我活的競爭。正是這種在航發投入上不計成本乃至不求回報、絕不急功近利拿出成品、而是穩紮穩打從基礎研究開始做起的精神,確保了XA-100最終一鳴驚人。
從這個意義上來說,似乎對於航空發動機的研製與批產來看,咱們也確實需要拿出一點兒「板凳要坐十年冷」的精神。通過一系列先進燃氣輪機、先進材料技術驗證機項目,把基礎研究給打穩、打實,把手裡頭的「武器庫」給扎穩夯實。而非單純搞「項目驅動」,走「遇到問題解決問題、再遇到問題再解決問題」的老路,才是新一代航空發動機研發工作的最優路線。總之,作為中國軍迷,我們應當一如既往地支持中國的航空發動機事業,也希冀中國的航發工業能早日拿出足以比肩美國、俄羅斯、歐洲新一代航空發動機的先進航發。