先進航空發動機技術的未來發展

來源：國際航空

作者：李東海

儘管目前非傳統創新型動力發展勢頭迅猛，但主流發動機製造商認為，燃氣渦輪類發動機仍將有很長的壽命周期。預計在2018年，自適應循環、先進材料、大尺寸增材製造和其他先進技術都將取得重大進展，對未來數十年軍民用航空發動機的發展產生重大影響。

民用航空發動機新技術

對於GE公司來說，推力達463kN的GE9X將首次進行飛行試驗，這無疑是GE公司在2018年度的重大事件之一。GE9X發動機的直徑達3.4m，是目前世界上直徑最大的大涵道比渦扇發動機，將用于波音777X全系列客機。在2016年3月，GE9X發動機進行了首次地面運轉試驗，經過數年的發展，目前GE公司已經製造出8台發動機樣機，其中5台整機以及1台核心機正用於各種試驗項目。2018年初，該發動機將安裝在GE公司的747飛行測試平台上完成首飛。GE公司計劃在2018年完成該型發動機的取證工作，為2019年初波音777-9首飛做好準備。

安裝于波音747飛行測試平台上的GE9X。

普惠公司則希望2018年是PW1000G齒輪傳動渦扇發動機（GTF）項目的轉機之年，不僅希望能趕上空客和龐巴迪的交付進度，而且能改進PW1100G系列和PW1500G系列的部件和服務。儘管自2015年起，GTF項目狀況不斷，但GTF發動機在實際運行中表現出了很高的可靠性，發動機的耗油率、雜訊排放等整體性能達到甚至超過設定目標。

在大力發展風扇葉片製造能力和備件發動機的裝配能力基礎上，普惠公司在2017年交付了374台GTF發動機；而2018年生產的新發動機將採用一種新的燃燒室火焰筒設計，裝配A320neo的PW1100G發動機也將繼續改進其3號軸承蓋的碳材料氣密結構，這些技術都已經得到驗證。2018年普惠公司還面臨著為龐巴迪公司加快PW1900G生產的問題，該發動機將於2018年4月裝配挪威威德羅航空公司的E190-E2開始商業飛行。此外，該發動機配裝的E195-E2客機將持續進行飛行試驗，計劃在2019年初取證。

在歐洲地區，2018年將是羅羅公司的Advance技術和超扇（UltraFan）發動機技術發展的關鍵一年，這兩種發動機技術是羅羅公司2020年後中等推力和大推力級發動機市場的關鍵技術。當前，羅羅公司仍然沒有決定是否將Advance項目相關技術發展出一型具體產品型號，但確定的是將在該項目中發展核心機技術；而齒輪傳動技術則是超扇發動機的技術基礎。目前，羅羅公司正在其英國工廠進行Advance 3驗證機的相關試驗，並計劃在德國達萊維茨工廠開始在超扇發動機概念下發展風扇齒輪減速器。超扇發動機是在Advance項目核心機的基礎上，結合大尺寸齒輪傳動風扇形成的型號，將用于波音中型客機市場的發動機爭奪。

在加快Advance 3和超扇發動機技術發展的同時，羅羅公司仍在持續推進其獨特的三轉子渦扇發動機技術，並不斷演化成新的型號，如遄達XWB-97、遄達7000和遄達1000 TEN等。羅羅公司為這三型發動機的進度安排得非常緊湊，2017年10月，裝配遄達7000發動機的A330neo剛剛完成首飛，11月就完成了對裝配遄達XWB-97發動機的A350-1000的取證，同時裝配遄達1000TEN發動機的波音787-10也已完成首次試飛。

2017年波音和空客公司的生產率都創下紀錄，這給發動機供應商們帶來了很大的供給壓力，其中包括CFM國際公司。為了儘快彌補Leap-1和CFM56發動機已經拖欠的訂單，CFM國際公司將在2018年初加快生產，爭取追上交付進度計劃。此外，CFM國際公司還正在解決A320neo裝配的Leap-1A發動機渦輪罩環塗層磨蝕問題，一種更加耐用的塗層正在試驗中，並將在2018年第一季度投產。

CFM國際公司在2017年獲得了近3000台CFM56和Leap-1系列發動機的訂單，因此2017年底正在以周產20台的速度加快Leap發動機的生產，以趕上空客和波音的交付進度。到2017年底，已有超過100架配裝Leap-1A發動機的A320neo和近50架配裝Leap-1B發動機的波音737-8客機服役，CFM公司計划到2018年第一季度Leap發動機機隊飛行小時數達到100萬小時，到2018年底前再交付1100台Leap-1發動機。

俄羅斯PD-14發動機正在進行飛行測試。

中國和俄羅斯也正在加快發展國產發動機，用來與Leap和PW1000G系列發動機開展競爭。中國航發集團2017年已經完成首台CJ1000A發動機的概念設計評審，該發動機推力為125kN，將用於配裝C919飛機，2018年該發動機將進行地面試驗。

俄羅斯聯合發動機集團正在發展PD-14發動機，該發動機將用於配裝俄羅斯國產MC-21客機，目前該發動機正裝在伊爾-76飛行試驗台上進行飛行試驗，計劃於2018年取證。

此外，2017年9月，中國航發和俄羅斯聯合發動機集團也已達成協議，將以俄羅斯的PD-35發動機為基礎，為CR929寬體客機聯合研製發動機，聯合開展市場調研、定義潛在客戶和確定發動機性能需求。

通用航空市場的新型發動機

世界公務機發動機市場，配裝GE「Passport」發動機的龐巴迪「環球」7000、配裝加普惠PW800發動機的「灣流」G500將於2018年首次亮相，這兩種產品具有很強的競爭力，足以威脅羅羅公司長期把持的公務機發動機市場壟斷地位。而羅羅公司已經意識到這種威脅，正在Advance 2計划下研發一系列的技術驗證機，並將於2018年初開始試驗。

Advance2計划下發展的技術驗證機包括3個型號，涵蓋推力級44.5～89kN，由兩種不同的核心機和三種低壓系統組成。這個新的發動機系列，預計2020年可投入運營。該系列最早的一個型號目標瞄準的是BR725這一推力級別的市場，這正是目前羅羅公司公務機發動機市場最有競爭力的產品。

「銀冠」發動機研發遇到了問題，使達索「獵鷹」5X公務機項目取消

作為霍尼韋爾HTF7000系列的最新型號，HTF7700剛剛取證，將於2018年交付賽斯納公司的「獎狀緯度」公務機開始服役。HTF7000系列已經累計了350萬飛行小時，配裝2000架飛機。「緯度」公務機配裝的是該系列發動機的第6種機型，此前已經配裝了龐巴迪「挑戰者」300/350、「灣流」G280和巴航的萊格賽450/500。

2017年底，法國賽峰公司承認為達索「獵鷹」5X發展的「銀冠」（SilverCrest）發動機遇到了問題，將改進壓氣機設計以提高其響應特性。這一事件直接導致2017年12月達索公司取消了「獵鷹」5X計劃，但德事隆公司的「獎狀Hemisphere」公務機仍然選擇了「銀冠」發動機作為動力，該機航程達8300km，計劃2019年首飛，2020年取證。

在渦軸發動機領域，新進者是2018年賽峰公司的Aneto 1K發動機，該發動機是在RTM322發動機和Tech 3000發動機驗證機的基礎上研製的，將用於配裝義大利萊昂納多公司的AW189K中型雙發直升機，計劃2018年底取證。

GE公司也正在研製先進渦槳發動機（ATP），用於與加普惠公司的PT6發動機競爭，計劃2018年配裝賽斯納Denali單發渦槳飛機。與PT6發動機相比，該發動機耗油率可降低20%，功率增加10%，由於大量使用增材製造零件，該發動機把之前需要的855個零件數量縮減到12個。

加普惠公司也並未放鬆，正在加緊研製PT6的升級型號，瞄準下一代渦槳飛機的應用，如皮拉圖斯公司的PC-12NG、Daher的TBM900和比奇「空中國王」。目前新發動機披露的細節較少，但加普惠公司將在2018年繼續進行數字控制系統和1500kW級發動機的綜合推進系統的試驗。

軍機動力

對於戰鬥機發動機而言，2018年最引人注目的事件仍是GE和普惠公司在美國空軍「自適應發動機轉化」（AETP）項目下研製的自適應三涵道驗證機的發展。AETP項目於2016年啟動，旨在加速自適應相關技術向第六代戰鬥機發動機型號的轉化，也可用於2020年後F-35戰鬥機的換髮。

在美國空軍「自適應發動機技術發展」（AETD）項目支持下，GE公司的XA100和普惠公司的XA101驗證機正在驗證相關技術，與AETP一樣，AETD項目是評估增加第三涵道對推力和耗油率的影響。2018年初，在美國空軍研究實驗室「滿足經濟可承受任務能力的先進渦輪發動機技術」（ATTAM）項目第一階段支持下，對於自適應發動機的研究方向將有所改變，從增加第三涵道改為改變通過高壓核心機的空氣流量。

GE公司正在測試T901-GE-900發動機（左）和「未來經濟可承受渦軸發動機」（FATE）原型機（右）。

按計劃，ATTAM項目是對VAATE計劃的繼承，將為下一代大、中、小推力級渦軸發動機和戰鬥機發動機發展帶來革新意義。ATTAM項目第一階段將持續到2026年，目標是在目前基準發動機的基礎上，將耗油率降低10%～30%。該項目是首次從一開始就綜合研究動力和熱管理技術的項目，瞄準的是增加推力，並使熱管理能力提高20倍以上，推進系統效率增長的目標是10%～25%。

2018年，GE公司的T901以及霍尼韋爾和普惠的合資公司ATEC的T900，兩者誰將成為美國陸軍西科斯基UH-60M「黑鷹」和波音AH-64E「阿帕奇」機隊的新發動機這件事將塵埃落定，這兩型發動機都來自陸軍的「改進渦輪發動機」項目（ITEP），與T700發動機相比，動力將提升50%，耗油率降低25%，壽命周期成本大幅降低。

俄羅斯也發展了第五代戰鬥機及發動機，其土星公司的「產品」30發動機已經於2017年12月配裝蘇-57首飛，將在2018年繼續進行飛行試驗，該發動機推力達178kN，將在2020年用於替換AL-41F1發動機。

日本石川島播磨公司研製的XF9-1渦扇發動機正在進行核心機試驗，該發動機目標瞄準2030年的戰鬥機，推力超過146kN，全狀態的驗證機正在裝配中，預計2018年年中完成。核心機和整機試驗結果將成為日本政府2018年底做出替換F-2戰鬥機決策的依據，即是引進國外設計機型，還是與國外開展合作開發一型新產品。

附：

國產WS15"峨眉"發動機介紹

來源：科普中國

導 讀

發動機被譽為「工業上的皇冠」，屬於技術密集型和資本密集型的高科技產品。而我國航空發動機一直是我國工業的軟肋，我國目前能設計世界一流的隱形戰機殲20，但是卻生產不出與之匹配的發動機。

近年來俄羅斯擁有成熟完整的航空發動機製造技術，在這一領域裡，俄羅斯可謂輕車熟路。目前來說，俄羅斯的航空發動機技術依然十分先進。雖然中國的國產發動機已經取得了長足的進步，但在矢量推進系統和耐用性方面，還存在著更進一步的上升空間。別看俄羅斯這些年的經濟實力不怎麼行，但前蘇聯時期積累下來的技術，依然足夠讓俄羅斯傲視群雄。

儘管中國正在研製先進的隱形戰鬥機，如殲-20和殲-31，但事實證明中國在噴氣發動機技術方面仍落後於世界先進水平。眾所周知，殲-20使用了俄制AL-31FN發動機。但俄羅斯設計這款發動機的初衷是為蘇-27改進版提供動力。

自從殲20戰鬥機被官方人士非正式證明即將使用以於13年定型的WS15峨眉發動機，軍迷們的心就一直被這愈隱愈現的中推力發動機緊緊揪住了，一直到殲20正式加入空軍的裝備序列，國內終於公開這個早已為人所知的代號：WS15。

F119可以達到12噸的軍推，可以實現F-22達到1.7馬赫的超音速巡航速度，同樣俄羅斯的30型發動機也可以達到12噸的軍推能力。F-22和蘇-57空重約20噸，空戰起飛重量28-29噸，裝備上兩台12噸軍推的發動機，可以讓這兩架戰機擁有1.6馬赫的超音速巡航能力。殲-20空重只有15噸多，空戰起飛重量約24噸，配備上兩台10噸級軍推的發動機也可以實現1.5馬赫的超音速巡航能力。

客觀來講，WS15應是達到和追平了以F119為代表的西方發動機的水平，有優有劣，優勢在於推出時間晚，電子技術應用和多元矢量噴管可以提供更好的機動性，應優於二元噴管。劣勢在於，在生產和實踐經驗上的差距，預計使用壽命仍只有F119的5-7成。從無到有，從落後30多年到基本追平，這個進步是極其明顯的，這個需要肯定和大大稱讚!另外，因為是否量產還是一個疑問，這個還需要時間來驗證，但有一點需要肯定的是，俄羅斯在其技術上雖然很有特點，我們的目標仍是美國。

在發動機上受到俄羅斯的控制，歐美國家更是對中國實行嚴苛的技術封鎖。因此，在航空發動機的研製上，我們只能靠自己。中國的航空發動機技術，除了獨立自主、自立根生這條路以外，沒有第二條路可以選擇。國產新型發動機的研製刻不容緩。畢竟，我們自己先進戰機的命門不可能讓俄羅斯掌握在手裡。只有這樣我們中國的戰鬥機才有更強的威力，我們的軍事力量才會更加的強大。

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