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美国下一代军用直升机发动机强化地位图

发布时间:2019-06-08 16:20:53 编辑:笔名
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通过预先研究取得技术突破,进而推出满足作战需求的新型装备是美军长期以来维持作战能力优势的重要途径。美国在军用直升机发动机领域的研究工作也完全遵循了上述原则。为顺利研制出满足未来作战需求的全新动力系统,近些年美军相继启动了多项先进涡轴发动机技术预研计划。这些计划将为未来涡轴发动机的型号研制打下坚实的基础,进而全面提升美军的作战能力,强化美国在军用直升机领域的地位。

AATE计划/ITEP项目——T700替代发动机技术预研计划/型号研制项目

经过多年的伊拉克和阿富汗战争,美军已经感到“黑鹰”和“阿帕奇”直升机作战能力的不足,但其配装的T700发动机已基本挖掘出的性能潜力,要继续提高直升机的性能只能研制全新的动力系统。因此,美国陆军于2007年启动了先进经济可承受涡轮发动机(Advanced Affordable Turbine Engine,AATE)技术预研计划。该计划隶属于通用经济可承受先进涡轮发动机(VAATE)计划,美国政府投入了3475万美元,目标是在保持T700重量的基础上将油耗降低25%、功率提高50%(达到2205千瓦级别)、成本降低35%。AATE计划共有两个演示验证发动机,分别是先进涡轮发动机公司(ATEC,霍尼韦尔和普惠的合资公司)的HPW3000和GE公司的GE3000。这项计划在2012年成功完成耐久性和性能试验之后顺利结束。

随后,美军启动了改进涡轮发动机项目(Improved Turbine Engine Program,ITEP)。该项目承接了AATE计划的工作,目的是把预研的先进技术带到型号研制阶段,为“黑鹰”和“阿帕奇”研制全新发动机,并为未来中型FVL旋翼机的涡轴发动机研制打好基础。ITEP 项目在2012年10月通过了装备开发决策,标志着型号研制工作的正式开始。同年11月16日,ITEP进入了装备方案分析阶段。该项目计划在2013年底达到阶段性目标A,之后在2014年年中发布需求征询书(RFP),使HPW3000和GE3000进入竞争性的技术开发阶段。在该阶段这两型发动机将进行初步设计评审(PDR),然后通过阶段性目标B进入工程与制造研制阶段(EMD)。然而,在EMD阶段,陆军将只选出一型发动机进行研制、地面试验和飞行试验,另一型发动机则被淘汰。在上述工作完成后,首批低速初始生产发动机将在2022~2023年下线。改进涡轮发动机项目的成本估计为5亿美元,目前两家承包商都已得到1.09亿美元的合同,继续开发HPW3000和GE3000。2011年,ATEC公司的HPW3000发动机完成了双轴核心机的演示验证试验,2013年7月在首台HPW3000整机上完成了耐久性试验,9月开始在第二台整机上进行性能和吸沙试验。另一家承包商GE公司也试验了首台GE3000整机,第二台整机试验将在年底进行。

FATE计划——T55替代发动机的技术预研计划

除了中型直升机,美军现役的重型直升机也需要换发以大幅提升性能。为此美军启动了未来经济可承受涡轮发动机(Future Affordable Turbine Engine,FATE)技术预研计划。该计划同样隶属于VAATE,目的是通过预研3675~7350千瓦的先进大功率涡轴发动机技术,为替代T55发动机的研制打好基础,提升“支奴干”等机型的作战能力,并为未来垂直起降旋翼机(FVL)的涡轴发动机搭建前期的技术储备。FATE计划的指标相比2000年的技术水平,油耗降低35%、功重比提高80%(达到9.7)、寿命延长20%、生产和维护成本降低45%、研制成本降低20%。该计划于2009财年开始进行应用研究,2012财年初进入先期技术验证阶段并将在2016财年结束,届时将完成全尺寸地面样机的验证,技术成熟度等级达到6。2011年11月,GE公司宣布获得超过4500万美元的FATE计划合同,其将从正在研制的5513千瓦等级的GE38涡轴发动机上吸取相关设计经验,而FATE计划的研究成果也将反过来应用到GE38发动机的后续改进型号上。

ACE计划——未来FVL旋翼机涡轴发动机的技术预研计划

2013年3月,美国陆军航空应用技术理事会要求工业界提供一份替代发动机概念设计和分析(Alternative Engine Conceptual Design and Analysis)研究发展任务的方案,该方案将为之后的替代概念发动机(Alternative Concept Engine,ACE)计划奠定基础。ACE计划是美军的一项涡轴发动机技术预研计划,目的是预研未来各型垂直起降旋翼机所需的发动机技术,以满足其超高的性能指标。ACE预研计划的功率范围覆盖29~7350千瓦,功重比将提高90%、耗油率降低40%、生产和维护成本均降低50%。该计划可能包括多项潜在的研究途径,比如变速动力涡轮技术和自适应涡轴发动机技术等。ACE计划将在2014财年进行应用研究工作,2017财年启动先期技术验证,2021财年结束时完成全尺寸地面样机验证,技术成熟度等级达到6,为型号研制做好技术储备。

AVSPOT计划——先进涡轮部件的技术预研计划

先进变速动力涡轮(Advanced Variable Speed Power Turbine,AVSPOT)计划由美国陆军航空应用理事会与NASA合作发起,是针对变速动力涡轮技术开展的预研工作。其将作为VAATE计划的主要子计划,为涡轴发动机研制能够提升性能、效率和经济可承受性的变速动力涡轮技术,并使这些技术在2016年进入到实验室状态。AVSPOT计划可使用陆军其他涡轴发动机计划(比如AATE和FATE计划)的研究成果,在综合优化动力涡轮的成本、重量和耐久性后,达到效率和寿命的性能指标。AVSPOT计划的执行时间总共为43个月,将使先进变速动力涡轮的技术成熟度等级(TRL)从2级提高到4级。美国政府对该计划投入160万美元,其中,2012~2013财年50万美元、2014财年50万美元、2015财年60万美元。2012年11月,美国陆军授予了普惠公司一份AVSPOT计划合同,标志着该计划进入到实质性的研究阶段。

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