美國空軍中意AETD發動機

2012年夏天，美國空軍投資2.136億美元，啟動新一輪“自適應發動機技術研發（AETD）”項目，目標是為下一代航空發動機奠定基礎，用以替代當前普遍使用的固定循環發動機。

無限繁榮的航空發動機市場

美國空軍在實踐中發現，研發發動機比設計飛機獲利更多，隨之啟動了一系列長期發動機技術研發項目。60年代，美國空軍啟動了“先進渦輪發動機氣體發生器（ATEGG）”研發計劃，改變專門研制一種發動機的方式，在材料、風扇、壓縮機、發動機工作模擬環境等分支技術領域全面開花。

培養先進發動機技術團隊最終成為美國空軍的發展戰略，空軍系統司令部（AFSC）成立了推進系統委員會，專門負責發動機研發項目，統籌管理所有的主要發動機制造商。

1974年，在經歷多次政治性爭論后，美國通用電氣公司（GE）與法國斯奈克瑪（snecma）公司各出資50%創立了聯合投資公司，生產CFM56系列發動機。CFM56發動機直接在F101發動機核心機的基礎上發展而來，為了得到這項技術，法國王室貴族還向美國支付了一部分合同費用。CFM56發動機在商業領域也非常成功，截止2011年，聯合投資公司已經向全世界客戶生產交付了22208臺CFM56系列發動機。

1969年普·惠公司弗雷德里克·G·格魯啟動的“鈦擴散焊接”項目是ATEGG研發計劃的樣板工程，由空軍航空推進裝置實驗室的渦輪發動機分部出資，歐內斯特·c·辛普森主持。辛普森這樣的關鍵人物長期負責相關項目，保持了研發的延續性。美國空軍也并非先進發動機的唯一市場，70年代中期，美國空軍和海軍合作啟動了聯合技術標準發動機（JTDE）項目，研發范圍包括所有的發動機零部件。

通用電氣公司還得到了一項價值9300萬美元的全面研制合同，為期兩年，發動機正式編號為F110，與普·惠公司F100發動機的改進型競爭，用于新生產的F-15和F-16戰斗機。經過一系列高空模擬試驗、加速任務試驗和各種環境試驗，F11O發動機于1985年初定型投產并開始交付。截至1994年，F110共獲訂貨1065臺，在F-16c/D戰斗機中，F110發動機占有率達到75%。F118-GE-101發動機是F110的不加力型，1987年定型，并應用于B-2轟炸機，于1989年完成首飛。隨后U-2R偵察機也使用了F118發動機。

美軍現在使用的大推力發動機是90年代初設計的，距今已有20年歷史，當時美軍為F-22戰斗機選擇了普·惠公司的F119發動機，F-35聯合攻擊機使用的F135發動機也是在F119發動機基礎上發展而來。大概10年前，第四代戰機刺激了發動機技術發展。

變循環發動機的研究工作

1976年普·惠公司的一份研究報告勾畫了超聲速巡航的前景，這一概念被空軍科學咨詢委員會（SAB）采納，寫入了先進戰術戰斗機（ATF）的論證報告，也就是現在的F-22。超聲速發動機在1990～1991年進行的ATF競標中獲勝，1997年作為動力系統完成了F-22的首飛。隨后的“綜合高性能渦輪發動機技術（IHPTET）”計劃，雄心勃勃地制定了成倍提高推重比的目標。F-35聯合攻擊機（JAST）計劃從1987年開始，2005年最終安裝了IHPTET計劃發展而來的發動機（F135）。IHPTET的成功源于政府和發動機公司對項目的重視和穩定的投資，空軍最終從中獲益。

1990年之后，隨著發動機市場萎縮，空軍的采購量也在直線下降。之前，火爆的軍用發動機銷售帶動了整個發動機市場，在商業方面，普·惠公司以16000臺大型商用發動機為基礎，先后為全世界29支軍隊提供了11000臺軍用發動機。現在，軍用發動機的銷售和庫存清單都不如從前，E-3“望樓”預警機上使用的TF33型號已經非常陳舊，C-17使用的F117發動機也已經停止銷售，軍用發動機市場跌入谷底。根據美國國防部預算審計表顯示，預算委員會將2012至2016財年的研究、發展、驗證和評估項目（RDT&E）預算削減了10%。這期間，美國空軍啟動了為期5年的發動機研究計劃，由空軍研究實驗室（AFRL）負責。

在發動機的戰術應用需求減少的情況下，美軍開始尋求刺激先進推進系統持續發展的途徑，具體包括兩個方面：一是繼續開展制造性能先進新產品的基礎研究，二是研發軍民通用發動機技術，比如節約燃料技術。2000年之后，美國空軍一直保持了在發動機研究領域的領導地位，IHPTET的相關研究表明他們的工程師仍在發動機科技的研究效率和成果方面處于尖端位置，空軍研究實驗室（AFRL）設計了許多改革方案，“多用途經濟可承受的先進渦輪發動機計劃（VAATE）”是其中最主要的一項。VAATE計劃首任主管萊利·伯恩斯2007年接受《飛行國際》雜志受訪時說：“IHPTET”計劃成功后，我們又面對VAATE計劃的挑戰，人們也許會問在渦輪機技術相當成熟的情況下，為什么還要花多年時間搞另一個項目，而這項計劃將會讓軍事計劃者們明白投入研發經費是為下一代渦輪發動機的必備工作也是一場激戰。

ADVENT研究的變循環發動機工作原理其實比較簡單：一般發動機都是專門為遠程巡航或高速飛行設計，客機發動機和高速軍用運輸機發動機使用高涵道比，高涵道比由于可以在發動機周圍流過更多的空氣，氣流很少通過中心熱機部分，這可以提高熱效率，獲得更低的油耗。低涵比正好相反，擠壓更多的空氣通過中心熱機，產生更大的推力，適合戰斗機進行超音速飛行。

對于可變涵道比的發動機來說，當發動進氣口打開增加涵道比，渦扇由于外涵道的氣流降低了噴氣的溫度和速度，提高了燃料燃燒的熱效率，產生更大的推力和獲得更低的油耗，對于起飛、巡航、待機和亞聲速加速尤其有利；當進氣口關閉后，更多空氣進入燃燒室，從而可以獲得更大的有效推力，對超音速飛行就比較有利。理想的戰斗機發動機應該在低速時體現渦扇的特性，在超聲速時體現渦噴的特性，這就是所謂的“自適應”。YF120正是第一臺實現了這種設計理念的戰斗機發動機。

AETD引領發展潮流

完成ADVENT計劃的同時，美國空軍啟動了“自適應發動機技術發展（AETD）”計劃，目標是在3年內使AETD成熟，并裝備空軍多種型號戰斗機，最終定位為第6代推進系統。目前，攻擊機是AETD項目最大受益者，未來將惠及轟炸機和戰斗機。今年夏天，空軍對自適應發動機采取了新的競爭舉措，秋季將有2家公司開始研制工作，為2020年下線的飛機做準備。

AETD計劃的技術含量其實并不比ADVENT多，但是采用“可變循環推進系統”可以使耗油率下降25%或更多。以遠程轟炸機為例，裝備自適應可變循環發動機后，可以降低飛機的起飛重量，因此獲得更大的作戰半徑。節油的高速飛行可以縮短轟炸機從基地到目標區的反應時間，提高安全通過敵方防空系統的能力。

AETD計劃在2007至2016年將采用平穩的低風險發動機，并且不針對任何型號的飛機進行研發。AETD計劃將向節約25%燃料的方向發展，適應反介入/區域拒止作戰環境。空軍第一年投資2.136億美元，在應用研究、先進技術發展、樣機試驗和定型階段將進一步追加投資，軍火商還可獲得自己的國內產品研發經費。按計劃，AETD發動機要在3年內交付成套發動機測試，模型和模擬，發動機地面試驗，發動機預告設計，達到技術成熟度第6級（TRL6）。一般情況下，發動機研發達到TRL6級就可以在模擬條件下進行測試，達到TRL8即可進行飛行試驗。自適應發動機計劃極具挑戰性，2014年進行壓縮裝置試驗，2015年進行渦扇和核心發動機試驗，2016年進行靜態全發動機試驗。