速度和效率:自适应喷气发动机是前进的方向吗?

2016年2月28日(最后更新2016年2月28日18:30)

推力和燃油效率似乎总是注定要相互排斥的-两者越高,就越难避免-不可避免地迫使喷气发动机设计者在两者之间进行取舍取舍。

速度和效率:自适应喷气发动机是前进的方向吗?

ADVENt引擎

但是,如果美国空军将改变一切'自适应引擎技术演示器(AETD)计划按计划进行,使子孙后代的飞机可以飞向空中,从高速性能转变为最大经济效益– and back again –根据需要。这是一个雄心勃勃的目标,在各种战斗机,轰炸机和战术战斗机中都有广泛的可能应用。

尽管它具有该行业潜在的游戏规则改变者的所有特质,但该思想背后的基本原理仍然相当简单。常规喷气发动机的设计主要通过参考两个关键因素来针对范围或速度进行优化:从风扇排出的空气压力的风扇压力比相对于输入压力,以及围绕发动机核心流动的空气的旁通比相对穿过它的空气。因此,商用客机和军用空运飞机具有较高的旁通/低风扇比,以产生更高的效率,而打击飞机则具有较低的旁通/高风扇压力比,为了最大化推力,牺牲了燃油经济性。

想法是,通过可调节的风扇和可控的风道,您可以增加发动机周围的流量并提高旁通率,从而提高巡航燃油效率,或者迫使更多的空气进入堆芯以获得额外的推力,从而可以在Grand和Grand之间灵活切换。最高速度,或超级迷你经济。

长期R&D

然而,革新喷气发动机设计需要时间– lots of it –AETD长期站在USAF多年推进技术R&D计划可以追溯到几十年前。这项最新的努力是基于多功能通用涡轮发动机技术(IHPTET)倡议而产生的,该多功能发动机是通用多功能经济适用高级涡轮发动机(VAATE)计划的旗舰要素。

"革命性的喷气发动机设计需要时间– lots of it –AETD长期站在USAF多年推进技术R&D programmes."

在1987年至2005年的IHPTET结束阶段,很显然,工程师们正处于开发技术的边缘,这些技术将带来必要的进步,使自适应发动机成为非常现实的前景。但是,很显然,采取最后的关键步骤并最终使机组人员具有改变飞行中气流和压力比的能力,这将要求对现有系统进行一些重大改进,同时也需要进行一些创新。

第六代推进

美国空军决心朝着这一目标前进,并已将航空航天业一些知名人士的综合专业知识以及可观的预算用于发展某些人所称的东西'第六代推进'.

2007年,GE航空和劳斯莱斯曾作为F-35联合打击战斗机的固定循环F136发动机开发项目的合作伙伴,分别在ADVENT计划下分别获得了为期6年的生产示范发动机的合同。普拉特& Whitney (P&W)也曾竞标同一份ADVENT合同,但没有成功,尽管2011年迫在眉睫的预算削减将使国会取消GE / R-R F136计划,而将JSF发动机计划留给P&W'单独使用F135竞争引擎。一年后GE和P&W分别获得了AETD的四年合同,这次劳斯莱斯输了。

研究成功

在此过程中取得了一些显著的成就,最终达到了GE开发航空业的目标'的首款三流自适应循环发动机,具有全套风扇,压缩机,燃烧器和涡轮技术,并在2014年完成了ADVENT计划的演示阶段并进行了完整的发动机测试。

AETD与其前身一样,旨在继续推动下一代推进技术的发展,并应很快看到所有的研究年份,这些研究可以说是始于Gerhard Neumann'在1960年代首次进行可变循环研究,终于取得了成果。据通用航空'马修·本维(Matthew Benvie)的话,自适应循环引擎将在下一个十年初,即2022年至2023年左右准备就绪。

"下一步是与空军在AETD计划中进行详细的设计审查," he adds, "连同风扇,压缩机,燃烧室和涡轮装置的测试,最后是将压缩机,燃烧室,涡轮连接在一起的核心测试。"

成本压力

美国空军使用的燃料量确实惊人。一架最大推力的F-15飞机每分钟燃烧25加仑–大约每小时43桶–而将B-52保持在空中至少需要两倍。根据《空军能源计划》,航空运营每年消耗25亿加仑的航空燃料,约占美国空军的84%'总能耗,占整个联邦政府需求的45%多一点。仅在2010年,这一账单就达到约67亿美元。

"美国空军使用的燃料量确实惊人。一架F-15的峰值推力每分钟燃烧25加仑。 "

与此相反,与传统的固定循环喷气式飞机相比,有望将推力提高10%,将射程提高30%至35%,将油耗降低25%,这使自适应发动机技术看起来像是一场巨大的变革– but it won'便宜。在最新一轮的奖项中,一月份GE在VAATE第三阶段获得了高达3.25亿美元的资金,&W在4月份收到了类似数量的不确定交付/不确定数量(IDIQ)合同。 5月,GE和P&W被授予对其先前授予的合同进行1.05亿美元的修改以进行进一步的研究,在六月,劳斯莱斯击败了33个竞争对手,获得了价值1亿美元的IDIQ合同,该合同计划于2023年完成。

预算审查

尽管所有联邦预算都受到审查,但五角大楼面临着独特的挑战。经过数十年在伊拉克和阿富汗采取的昂贵行动之后,美军在潜在对手身上的技术领先地位已被削弱。重新锐化边缘的关键在于R的种类&有望在未来提供重大技术优势的D程序–但是,正是这些举措将受到封存可能返回的威胁而施加的上限的最大打击,这可能会使到2021年的国防预算减少6,000亿美元。

特别是对于美国空军而言,这就提出了昂贵的,面向未来的计划,例如航空航天创新计划(AII)和自适应发动机过渡计划(AETP)–AETD后续行动(将于2016-19年开始运行)处于风险之中。在三月份的一次国会听证会上,负责研究和工程的国防部副部长助理艾伦·谢弗(Alan Shaffer)警告说,这两个计划都将在隔离下结束,"将使国防部对下一代空中能力没有任何重大的长期研究。"

不幸的是,陷入困境的F-35冗长而困扰的传奇–目前价值超过3200亿美元,而且还在不断增长,使其成为有史以来最昂贵的武器–国会山上的许多人都对过分新颖的技术保持警惕,并牢记一句老话:如果它看起来太好以至于无法实现,那可能就是事实。

具有讽刺意味的是,至少对于喷气飞机,这可能真的会改变–当然,除非钱先用完。