2023年軍用航空動力進展

■ 韓玉琪 / 中國航空發動機研究院

2023年，世界范圍內的局部軍事沖突進一步加劇，主要國家進一步加大了軍費投入，以新型作戰概念和新興技術發展牽引作戰裝備及其動力的研發，并實現多項重大進展。

在軍用航空動力方面，國外多款航空主戰裝備及動力在2023年完成重大里程碑節點，渦輪發動機綜合性能持續提升以支撐裝備平臺的升級換代：下一代戰斗機動力進入詳細設計階段，下一代戰略轟炸機及其動力實現首飛，下一代旋翼機動力實現飛行試驗用發動機的首批交付。

美歐俄競相加速先進戰斗機動力的研發與完善

針對下一代戰斗機用自適應發動機的研發，國際上目前已形成美國、法國/德國/西班牙合作團隊、英國/日本/意大利合作團隊、俄羅斯等4個團隊，其中美國處于絕對領先發展的地位，已進入詳細設計階段。同時，美國不斷修復第五代戰斗機動力F119、F135在使用中出現的問題，美國空軍選擇F135發動機核心機升級（ECU）方案為F-35戰斗機換發，俄羅斯AL-51F-1發動機將于2024年配裝蘇-57戰斗機交付空天軍。

美國NGAP已進入詳細設計階段

2023年5月，美國空軍向工業界發布招標文件，廣泛征集下一代空中主宰（NGAD）平臺方案，并明確指出計劃2024年正式授出工程和制造發展（EMD）合同，標志著美國空軍正式啟動了NGAD平臺的工程研制方案征集與選擇流程。該EMD合同將只選擇一家企業作為總體設計和開發單位，但NGAD平臺的一系列機載技術仍將采用模塊化開放系統以維持競爭。NGAD平臺計劃取代F-22，兼具對空和對地攻擊能力，將增強殺傷力、遠航久航能力、戰場生存力、裝備互用性和環境適應性，從而滿足強對抗作戰環境需要，將于2030年投入使用，并計劃采購200架。

NGAD平臺的配套動力研發項目為下一代自適應推進（NGAP），NGAP發動機將在自適應發動機轉化（AETP）項目的技術基礎上研發。2023年5—11月，GE公司對其AETP發動機XA100進行了第三階段試驗，目前XA100已具備進入工程研制階段的技術成熟度，但并不能直接滿足NGAD平臺的需求，NGAP發動機與AETP發動機的推力、大小和性能不同，但兩者將共享技術。2023年5月，GE公司將其提出的NGAP發動機命名為XA102，美國空軍在NGAP項目中同時資助了另一個競爭性替代方案，即普惠公司基于XA101開發的后繼者（《航空周刊》透露該發動機命名為XA103）。2023年8月，美國空軍生命周期管理中心透露，NGAP發動機已進入詳細設計階段。2023年11月，普惠公司的NGAP發動機完成了數字初始設計評審（PDR）。盡管美國國防部已決定不采用任何AETP發動機，但在2023年12月，AETP項目再次獲得國會資助的2.8億美元。最近5個財年NGAP項目的預算如表1所示，2028財年之后的預算尚未公布。

表1 NGAP項目近5個財年的預算

XA100自適應發動機

法國、德國、西班牙下一代戰斗機的正式動力已形成兩個方案

未來空中作戰系統（FCAS）項目由法國、德國和西班牙合作，并由法國國防部武器裝備總署（DGA）主承包。FCAS包括下一代戰斗機（NGF）、下一代歐洲戰斗機發動機（NEFE）等5個組成部分。NGF預計將是一種大型雙發隱身多用途戰斗機，約30t，能夠從航母上起飛，由法國達索公司作為主承包商，空客公司參研。NGF計劃將于2028—2029年首飛，2029年進入工程研制階段，2040年服役。

NEFE由歐美特公司（賽峰集團和MTU公司各占50%的股份）作為主承包商，西班牙ITP Aero公司參研。賽峰集團負責整體設計集成、熱端部件和控制系統開發，MTU公司負責冷端部件，并提供維護、修理和大修（MRO）服務，ITP Aero公司負責開發低壓渦輪和噴管等工作。發動機推力約為120kN，渦輪前溫度可達2100K，計劃在2024—2026年做出正式研發決策。2023年7月，賽峰集團透露正在進行M88發動機改型升級，研制能夠提供125 ～130kN加力推力的大推力發動機，為NGF驗證機提供動力。2023年11月，歐美特公司提出兩種NEFE方案：一種是常規渦扇發動機，另一種是自適應發動機，自適應方案具有更大優勢并有望成為NGF的最終選擇，常規渦扇方案可作為低研發風險的備選方案。

英國、日本、意大利下一代戰斗機及動力項目持續推進

2022年12月，英國、日本和意大利宣布共同研發下一代戰斗機項目——全球作戰空中計劃（GCAP），3國于2023年12月簽署正式協議并建立了GCAP國際政府組織（GIGO），GIGO將代表各方對GCAP進行指導、控制、監督和管理。2023年1月，瑞典與日本簽署協議并加入GCAP。2023年4月，英國國防部向GCAP撥款6.56億英鎊（約8.18億美元），以促進GCAP研發進入下一階段，主合同授予了BAE系統公司，2025年5月前英國在該項目上總投資將超過20億英鎊（約25億美元）。GCAP計劃于2024—2025年開始組裝驗證機，2027年首飛，2035年服役。未來對GCAP的采購需求，英國、日本和意大利均超過300架，瑞典有望超過50架。

GCAP飛行驗證機由2臺EJ200發動機提供動力，正式發動機將由英國羅羅公司、日本石川島播磨重工（IHI）和意大利Avio公司合作研發，在2026年做出有關進入完整開發計劃的關鍵決定。新發動機將比現役發動機產生更多的電力，以支持飛機能夠使用激光和其他定向能武器，采用自適應技術，并測試采用新的數字設計工具和新的制造技術以加快研發速度。

俄羅斯為下一代戰斗機研發自適應發動機

俄羅斯留里卡設計局正在為下一代戰斗機研發自適應發動機“產品333”，將采用高性能材料，如先進陶瓷、復雜的電氣系統以及新型的三涵道結構。第三涵道在需要高推力時關閉，巡航時打開，旨在節流模式下減少高達5%的燃油消耗，極大地提高了不同飛行模式下的燃油效率，同時增加了散熱能力，這對于下一代戰斗機開發的電子戰系統和激光武器至關重要。留里卡設計局表示，該型發動機可能要到2035年才能生產出來。

F119發動機低壓渦輪疲勞問題得到修復

FCAS戰斗機及其動力

2023年7月，美國空軍和普惠公司完成了一項耗資2100萬美元的F-22戰斗機全機隊范圍內的F119發動機改造工作，美國空軍目前有177架 F-22在役。在此之前，第二級低壓渦輪葉片存在低循環疲勞缺陷,該疲勞問題導致了7起A級事故，損失近2300萬美元，但未造成F-22停飛。

“產品333” 三涵道發動機驗證機

F135發動機ECU方案被美國空軍選中為F-35換發

2023年2月，普惠公司公布2022年12月發生的F-35B墜機事故原因為F135發動機的振動問題導致燃料管破裂。普惠公司制訂了一個短期補救方案，隨后于2023年2月月底獲準恢復發動機交付，后續通過重新設計組件來解決該問題。2023年3月，美國空軍宣布F-35戰斗機換發采用F135發動機ECU方案，放棄自適應發動機方案，并在2024財年預算申請中為ECU方案撥款2.45億美元，普惠公司希望在2024年年初完成ECU的初步設計評審，并進入詳細設計階段。2023年7月，普惠公司獲得一份6600萬美元的ECU初步設計合同，總經費達到1.8億美元。普惠公司預計，升級后的發動機將于2029年投入使用。

AL-51F-1發動機將于2024年配裝蘇-57戰斗機

2023年7月，俄羅斯留里卡設計局透露，目前配裝AL-41F-1發動機的蘇-57需要開加力才能達到超聲速巡航的速度，第五代戰斗機蘇-57戰斗機的最終動力被確定為AL-51F-1（“產品30”為其內部名稱）。AL-51F-1具有3級風扇、5級高壓壓氣機、1級高壓渦輪和1級低壓渦輪，目前配裝軸對稱矢量噴管，未來計劃采用二維矢量噴管以降低雷達和紅外特征，該噴管已成功在地面試驗臺上進行了試驗，包括加力燃燒功能。AL-51F-1發動機將于2024年配裝蘇-57戰斗機交付俄羅斯空天軍，據推測，未來還將配裝S-70B“獵人”無人機和蘇-75輕型戰斗機。

美俄加快推進戰略轟炸機動力升級更新

戰略轟炸機作為遠程打擊的核心裝備，美國和俄羅斯既全力研發下一代隱身戰略轟炸機及其動力，又注重升級現役常規戰略轟炸機動力以提升戰斗力，相關的動力信息透露較少，但據推測均為基于現有發動機技術基礎改進發展，并將于2026—2029年投入使用。

動力或為基于F135發動機改型的B-21轟炸機完成首飛

2023年9月，諾斯羅普-格魯門（諾格）公司開始在首架B-21飛機上測試運行發動機；2023年10月，首架B-21飛機開始地面滑行測試；2023年11月10日，首架試驗型B-21完成首飛，然后將轉移到加利福尼亞州愛德華空軍基地進行飛行測試，美國空軍隨后授予了諾格公司第一份低速生產合同，項目進入初始小批量生產階段，預計2025年前后向南達科他州的埃爾斯沃斯空軍基地交付。B-21項目于2011年正式啟動，2015年進入工程研制階段，2018年開始制造原型機，2022年12月推出首架原型機。美國空軍計劃購買至少100架B-21，替代其現役的全部B-2A和B-1B轟炸機。B-21預計于2026—2027年投入使用。

動力或為基于NK-32-02發動機改型的PAK DA持續研發

2023年12月，俄羅斯國家技術集團宣布，已完成用于測試下一代轟炸機未來戰略轟炸系統（PAKDA）的測試基地與綜合試驗臺的開發工作。PAK-DA于2009年開始工程研制，2012年完成初步設計評審，2019年完成最終設計評審，2020年開始首架原型機組裝，其配套動力為“產品RF”，由俄羅斯聯合發動機制造集團（UEC）下屬的庫茲涅佐夫設計局提供，據推測是基于圖-160M的NK-32-02發動機改進研發，并可能借鑒了民用發動機PD-14的相關先進技術。PAK-DA預計于2024年首飛，2028—2029年開始批量生產。

用于B-52 換發的F130 初步測試即將完成

2023年3月，羅羅公司開始為B-52轟炸機測試F130發動機，并于9月表示有望在年內完成初步測試（目前尚無確切消息）。項目的開發主要集中在將發動機與B-52的機翼、短艙和駕駛艙控制集成方面。新發動機的項目成本可能上漲50%，預期燃油效率也有所降低，從之前的目標（比當前TF33發動機降低30%）降至約20%。F130發動機基于運行時間超過3000萬h的羅羅公司公務機動力BR725發動機改型開發，在羅羅公司位于印第安納波利斯的工廠制造、組裝和測試，預計未來將交付600多臺新發動機。F130發動機預計能將B-52的使用壽命延長30年，提高耐用性和性能。羅羅公司計劃2024年年初開始F130發動機的關鍵設計審查。B-52H轟炸機換裝F130發動機后，將被命名為B-52J，首批將于2026—2027年交付，2030年達到初始作戰能力，并服役至2050年后。

用于B-52轟炸機換發的F130發動機

美歐穩步研發下一代旋翼機動力

美國陸軍接收了首批2臺飛行試驗用的T901發動機，北大西洋公約組織（北約）下一代旋翼機能力（NGRC）計劃選擇GE公司及其子公司Avio Aero研發動力，為滿足下一代直升機平臺的高速需求，這兩型動力的功率較現役同類型產品提高50%，達到2000kW以上。

GE 公司向美國陸軍交付首批2 臺飛行試驗用T901 發動機

2023年10月，GE公司向美國陸軍交付了配裝未來攻擊偵察機（FARA）原型機的首批2臺飛行試驗發動機T901。T901發動機是為了滿足美國陸軍對動力增強的需求而研發，其設計借鑒了一系列商用發動機技術，包括三維（3D）建模、陶瓷基復合材料（CMC）和3D打印零件，通過機載發動機健康管理系統增加飛行時間，提升保障服務靈活性，與T700相比，T901發動機的功率提高50%（達到2237kW），耗油率降低25%。T901發動機配裝FARA的首飛延期至2024年第4季度，2032年配裝FARA服役，此外，還將用于UH-60“黑鷹”和AH-64“阿帕奇”直升機換發。

GE公司獲得北約NGRC計劃的動力研發合同

2023年12月，北約支持與采購局（NSPA）宣布，GE公司與Avio Aero公司共同研究可滿足下一代旋翼機能力（NGRC）計劃要求的新型動力裝置，這項為期6個月的研究將“確定、評估和比較能夠滿足NGRC計劃要求的創新動力裝置解決方案”，預計新型動力的功率將超過2237kW。 NGRC計劃是法國、德國、希臘、意大利、荷蘭和英國等6國之間的合作項目，是美國陸軍未來垂直升力（FVL）計劃的歐洲版本，未來將替代1000多架米-18/17、“美洲豹”、S-70/UH-60和NH90直升機，這些國家于2022年6月簽署了一份諒解備忘錄，并投入2670萬歐元（2800萬美元）開發下一代中型多用途高速直升機，準備在2035—2040年投入使用。

結束語

美國處于全面領先發展的態勢，下一代戰斗機動力用自適應發動機已進入詳細設計階段，同時也不斷完善升級第五代戰斗機用動力，并積極推進戰略轟炸機及直升機的換發升級，支撐軍用航空裝備的戰斗力提升；歐洲各國及日本更加注重自身的產品研發和保障能力，但受限于技術能力、未來裝備需求量和自身工業基礎等多種因素制約，被迫采取抱團研發的策略，其各種動力方案都帶有“美國方案”的影子，但多國需求、分工的協調以及缺乏第五代戰斗機動力研制經驗，使得相關研發存在較大的不確定性；俄羅斯的動力研發進度較相應的飛機平臺出現滯后，但因受到西方制約，正在全力實現動力的自主保障，同時也在積極探索下一代動力方案。