通用電氣公司研發的第6代戰鬥機發動機軍事上有什麼優點?

浩漢防務論壇

目前,通用正在研製的六代發動機被稱為可變循環發動機,又簡稱VCE。可變循環發動機是一種設計用於在亞音速、跨音速和超音速混合飛行條件下高效運行的飛機噴氣發動機,主要運用領域是六代戰鬥機以及超音速運輸機。由於洛克希德馬丁的下一代超音速運輸機需要可靠的速度調節,所以洛馬在要求發動機在超臨界狀態下必須具有高比推力(淨推力/氣流),以保持動力裝置的橫截面積最小,從而減小飛機阻力。

同樣的,美國的六代發動機也需要一款性能優秀的發動機來調節亞音速和極音速飛行時的燃油消耗,所以,中國對通用的可變循環發動機發展一定要非常警惕。最早實用的可變循環發動機出現在客機上,協和飛機上的勞斯萊斯/奧林巴斯593在超音速巡航和幹起飛動力方面就具有很高的推力比,然而,有付出就會有回報,奧林巴斯593發動機在起飛(和跨音速加速)時需要適度的加力(再熱)使可靠性的問題問題更加複雜,並致使該計劃最終取消。

目前,變循環發動機必須在起飛時顯著增加發動機氣流,以減小給定推力(即較低的比推力)下的噴射速度,而通用目前做的,就是優化這一過程。變循環發動機具有兩個風扇,且兩個風扇都安裝在低壓軸上,以保證兩個單元之間具有寬敞軸向間隙來獲得不同時速的飛行能力。在正常飛行中,變循環發動機處於串聯模式,離開前風扇的氣流直接進入第二風扇,發動機表現將會很像正常渦輪風扇,而快速的形態改變,也正是變循環發動機的精妙之處,也是最大難點。


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通用電氣研製的第六代戰鬥機發動機為可變循環發動機,屬於組合發動機的一種,而變循環發動機則是在上世紀60年代就有的設計理念,表現就是J58發動機,J58發動機就是大名鼎鼎的黑鳥偵察機所用的發動機,黑鳥偵察機能飛3.5馬赫的速度就是依靠J58發動機,J58有兩種工作模式,一種為渦噴工作模式,另一種是亞燃衝壓工作模式。


J58發動機採用變循環發動機的優點是在低速情況下使用渦噴工作模式,在高空高速下使用亞燃衝壓工作模式。可以達到低速與高速性能的完美結合。所謂的第六代發動機就是屬於J58發動機的改進版。第六代戰機要求的全高度空優,要求在三萬米高空以內亞音速與超音速飛行,而且要超音速巡航與亞音速巡航並行,對其油耗要求極高。

J58發動機


而目前所使用的渦扇發動機並不能達到六代發動機的要求,因為渦扇發動機的高空性能較弱,而且不利於超音速巡航。像F22所用的F119發動機由於為了照顧高空性能與超音速巡航使得F119發動機雖然是渦扇發動機,但是其油耗也就比渦噴好一點。

F119發動機

渦扇發動機的優點就是省油,但是其高空高速性能不好,其低空性能,好。而渦噴發動機的高空高速性能好,但是其耗油量大。準確說各有各的優勢,像重視高空高速性能的三代機如F4、殲8、米格25使用的渦噴發動機,像重視中低空亞音速格鬥能力的四代機如F16、蘇27、殲10使用的渦扇發動機。

F120發動機


而變循環發動機則是集合了渦噴與渦扇的優點,變循環發動機通過改變增壓比、渦輪前總溫、空氣流量、涵道比來使發動機在各種高度和速度下的良好性能,變循環發動機在我看就是可以隨意改變發動機的涵道比,涵道比越高其高空性能越差,但涵道比越高越省油,而涵道比越小其高空高速性能越好,但耗油率高,變循環發動機就是在戰機的不同作戰環境下改變涵道比來達到最佳工作曲線。

變循環發動機驗證機


通用電氣在變循環發動機的研製上是處於領先地位的,從sR71黑鳥的J58發動機到F23的F120發動機,再到F36的F136發動機都是變循環發動機。雖然說F120和F136都沒批量生產,但也為第六代發動機的研製打下了基礎。


GE發粉

通用研製的6代航空發動機,是6代戰機研製合同中的發動機部分,目前6代戰鬥機發動機還是預研項目,此發動機針對中國這樣的潛在對手專門研製。是概念新穎的自動適配流體發動機。推力是現有最好發動機的110%,這已經很驚人了!還節省1/4燃油。此發動機提供不同油門等級,如同汽車掛檔,亞音速,1倍音速,2倍音速,高超音速。最高節省25%燃油。可使留空時間增加40%,活動半徑加大35%。超聲速時巡航半徑增加更大,可增加50%。減少油耗的同時對空中加油機的需求也降低了,使用這種發動機的戰鬥機會對加油機的依賴大為減少,能使飛機飛行範圍擴大3倍。如果發動機先於6代機研製成功,將用於換裝F-35和F-22戰鬥機。

美國實際上10年前就開始籌劃研發下一代戰鬥機可以使用的6代發動機,這個計劃一直低調進行。通用電氣和普惠是競標廠商。各自獲得了6億美元的驗證經費。通用最後獲得了6代戰鬥機發動機合同。美國現已公佈了自適應變循環風扇發動試車畫面和概念演示動畫,美國在發展下一代發動機決心是認真的。

從目前的資料來分析,美國還在攻克這種概念新穎的發動機裡幾個技術突出的難點,總體上技術夠用,研發只是時間問題。發動機最遲將在2025年達到裝備標準,2030年實現全面裝機。6代戰鬥機將統一標準裝配空軍和海軍。將是5代的F-119,F-136,F-135發動機的換代產品。美國想拉大差距,和國外保持30年代差。


紫龍防務觀察

不同的發動機適應不同的速度,大涵道比渦扇適應亞音速,小涵道比渦扇和渦噴發動機適應超音速M1.8以上可以使用衝壓噴氣發動機.要想在一臺發動機上實現適多速度段,就需要自適應變循環發動機.

通用的6代發動機有兩個外涵道.就可以實現不同的涵道比,如在亞音速時,打開兩個涵道,這時就是涵道約0.6的渦扇,超音速時,可關閉第一外涵道,成為涵道比0.3的小涵道比渦扇,速度更高,就可以關閉第一外涵道,成為渦噴發動機,這時推力比較大,阻力比較小,綜合起來,比普遍的軍用渦扇發動機節油20%左右.

第一臺軍用的變循環發動機是SR71上普惠J-58發動機,低速時是渦噴發動機,高速時是衝壓發動機.我國對6代,我們稱為5代發動機已經在作預研,但不象美國那麼顯著.


龍驤虎賁九天游龍

第六代發動機首先是智能化,是一種變循環發動機,可以滿足戰鬥機在高速低速、高空低空的不同要求,並且在飛行控制系統管理下,根據飛機的飛行狀態協調發動機的工作狀態。

美國在隱身戰鬥機的研製時就考慮過變循環工作原理。但是美國空軍出於可靠性的考慮,放棄的技術難度大的變循環發動機。


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