美国推出世界首款五代半涡扇推力超20吨再次拉大差距

作为航空领域的“领头羊”,美国的军用发动机也一直领跑全球。最近航空动力巨头通用电气(GE)公司放出线发动机已经可以适配F-35B垂直起降战斗机,这也意味着F-35全系列已经有了更好的动力选择。

按照GE的说法,XA-100发动机在经过测试后,证明具备为F-35B提供动力的能力,此前也证明了可以适配常规型的F-35A和舰载型的F-35C。GE的“爱迪生工厂”已经完成了XA100发动机和F-35B战机的集成研究,并且评估了F-35B换发后的性能提升数据。

那么这个XA100又是何方神圣,竟然可以替换F-35目前使用的F-135涡扇发动机?

XA100号称世界上第一款三涵道自适应循环发动机,于2020年12月首次点火运行。XA100据称可以同时适配F-35A和F-35C,无需对机身进行任何结构上的修改,就可以换发。

XA100表面上GE为F-35家族研发的新一代涡扇发动机,但实际上是“下一代自适应推进计划”(NGAP)的产物,而NGAP其实又是为“下一代空中优势计划”(NGAD)服务的。简单来说,NGAP是美国空军主导推进的自适应发动机项目,而NGAD就是第六代战斗机项目。

XA100可以看作是GE为第六代战斗机研制的发动机,但同时也能用于F-35的动力升级。不过F-35家族配备的普·惠F135系列发动机已经是目前现役最强大的军用大推力涡扇发动机,为何还要更换XA100发动机?

从数据上来看,F-35A配备的F135-PW-100的最大加力推力为191kN,而XA100的推力已经可以达到200kN以上,粗略换算一下,大约超过20吨的推力。按照GE的预期,最终推力提升可以达到10%以上。除此之外,XA100的油耗还要低25%,加速响应好20%-40%。使用重量更轻、更耐用的材料以及先进的增材制造方法,提高了发动机的寿命上限、可靠性和可维修性。

如果按照推力值来估算,一台XA100,就相当于两台F414中等推力涡扇发动机,油耗还更低。F/A-18这样的双发战斗机,都可以不用双发设计了,一台发动机就足够了。F-35就只用单发,实现了与F/A-18E/F相当的起飞重量。可见,只要推力足够大,搬砖都能飞上天的说法,并不是空穴来风。

XA100这一切优势最重要的原因就是采用了自适应变循环技术,这也是目前业界公认的第六代发动机核心技术。

相比常规的涡轮风扇发动机,XA-100变循环发动机有三个涵道,可以根据发动机的工作场景,通过自适应风扇来调整三个涵道的大小口径,并控制气流方向,从而提高燃油效率或者推力。

在经济巡航状态时,发动机需要提高燃油效率节省燃料,XA100发动机的风扇可以将气流引导到第三个旁路涵道中;在加速或者跨音速时,发动机需要提高推力,风扇可以将所有气流都导向核心机。

根据 GE的说法,与目前的小涵道涡扇发动机相比,同等内油状态下,XA100可以增加高达35%的续航,而且可以提供更强的冷却能力,为将来使用定向能武器提供可能。

航发是美国航空工业维持优势地位的领域之一,美国更是注重在该领域保持超前地位,力争领先其他对手至少一代。

早在2007年,美国空军和海军早就主导了“自适应多用途发动机技术计划”(ADVENT),试图开发自适应变循环发动机,不过由于理念超前,很快就遇到了技术瓶颈。不过美军并不死心,2012年“自适应引擎技术演示计划”(AETD)出炉,这项计划决心进入实机测试阶段,GE在这个计划中占据了重要地位。

GE利用三级自适应风扇和源自CFM LEAP发动机的十级高压压缩机组装了一台地面演示原型机,2015年开始进入了地面测试阶段,并且达到了喷气发动机发展史上最高的压气机和涡轮机组合工作温度,为后续测试奠定了基础。

到了2016年,美军又启动了“自适应发动机过渡计划”(AETP),这次明确要为第六代战斗机研发动力,最终拿到预算的只有GE和普惠公司,前者拿出了XA100,而后者则研发了XA101。不过由于当时六代机进展不明,所以AETP计划最终还是在2018年修改为主要为F-35寻求替代动力。

2022年8月,XA100在美国空军阿诺德工程开发综合大楼完成了最后一次重大合同测试,理论上可以在2027年提供给F-35A 和F-35C。

XA100作为自适应变循环发动机中的先驱型号,虽然相比传统小涵道涡扇发动机有了重大提高,但硬指标提升并不明显,某种程度上来说应该算作“五代半”发动机。不过自适应变循环技术绝对已经让XA100超越了现役任何一款军用涡扇发动机,美军未来的六代机极有可能就是XA100或者XA101的后代。

从2007年到2027年,通过这些型号的探索和发展,美军将用20年的时间,再次确立对潜在对手的技术代差。

美国推出世界首款五代半涡扇推力超20吨再次拉大差距

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