壯志凌雲【空軍資訊】 F35放棄變循環發動機！美軍正在開發的變循環究竟是什麼？它對戰機有什麼性能提升？普惠和通用電氣究竟誰會勝出？

前一段時間老亨特和大家聊了普惠公司的F135發動機 成功擊敗了通用的變循環發動機 讓五角大樓決定正式放棄爲F35換裝變循環發動機的想法 但這並不意味着美國就此放棄了變循環發動機的研發 正相反 五角大樓認爲對於F35而言過早引入新型發動機 對整體機隊不利 倒不如在F135發動機的基礎上繼續升級 至於變循環發動機則留給未來的六代戰機 大家好 我是窩山老亨特 今天啊 咱們就來聊一聊未來的六代機動力 變循環發動機 在聊變循環發動機之前 老亨特先給大家小小的說明一下 它和傳統發動機的區別和優勢 傳統航空渦輪發動機的熱力循環特性是固定不變的 一種發動機只能在一種模式下工作 並且僅在有限的飛行範圍內具有最好的性能 而變循環發動機則不同 它是一種多設計發動機 可以通過改變一些部件的幾何形狀 尺寸或者位置來調節其熱力循環參數 如增壓比 渦輪進口溫度 空氣流量和寒道比 進而改變發動機循環工作模式 使發動機在各種飛行情況下都能夠工作在最佳狀態 舉一個簡單的例子來說 爲了能夠讓猛禽戰機擁有儘可能大的飛行包線 它採用的發動機採用小寒道比設計 F119的寒道比僅0.3左右 卻能夠讓F22最大飛行速度達到2.2馬赫 並且具備1.5馬赫以上的不開加力超音速巡航能力 最大升限也達到2萬米 不過小寒道比渦扇發動機卻存在耗油率偏大的缺點 這將影響戰機的制空時間和航程 這也是猛禽腿短的最大原因之一 而變循環發動機則能夠在具備更大的飛行保險前提之下 擁有更低的耗油率 擁有該發動機後 戰機在起飛加速和超音速飛行的時候 可以以窩噴發動機模式工作 到亞音速巡航時則能以渦扇發動機模式工作 通過調節機構 變循環發動機可以根據不同飛行高度飛行速度調節出最適合的等效寒道比 例如在渦噴 渦扇發動機方面 變循環講究的重點是改變寒道比 如發動機在爬升 加速和超音速飛行是寒道比減小接近渦噴發動機的性能 以增大推力 在起飛和亞音速飛行的時候 加大寒道比以增加發動機狀態工作 降低耗油率 因此可以說啊 裝上變循環發動機的戰機可以在亞音速 跨音速 超音速和高超音速飛行狀態下都具有良好的性能 關於這一類發動機的歷史 最早可以追溯到上世紀5-60年代的美國 在那個年代 美國的工程師第一次嘗試將渦噴發動機和渦扇發動機的特性結合在一起 通過使用可變定子風扇壓氣機和渦輪系統改變了渦輪噴氣發動機的運行模式 實現了渦噴發動機與渦扇發動機模式之間的轉換 從而有效實現了寒道比在0-1之間的變化 受到此次成功鼓舞的美國人馬上就開始大力研發軍用變循環發動機 通用電氣公司首當其衝 研製了從外購101第一代變循環驗證機到G121G133 成功爲美國的變循環發動機技術奠定了基礎 另一邊 同爲發動機大廠的普惠也沒有落下 很快就開發出了在黑鳥偵察機上使用的G58渦噴衝壓變循環發動機 該發動機也是黑鳥能以超過三馬赫的速度持續飛行的關鍵所在 從外形上來看 其實G58挺普通的 但是在他的身上呢 蘊含了美國航空工業許多天才設計 要知道 G58在1958年第一次試車的時候 距離人類實踐噴氣飛行只有短短的十幾年 因此在該發動機誕生的時候被不少人驚爲天頂新科技 該發動機最顯眼的是它每第四級壓氣機上的旁通通道 它們就是變循環的核心 當黑鳥的飛行速度低於音速的時候 這些管道是關閉的 它工作起來就像是一個普通的帶加力燃燒式的渦噴發動機 吸氣 壓縮 燃燒 推動渦輪 在加力燃燒式二次燃燒 噴氣 當黑鳥開始超音速飛行的時候 旁通管道會根據飛行速度將核心氣流從渦輪壓氣機中部抽出 在加力燃燒是全部直接注入 當黑鳥在急速3.2馬赫巡航的時候 絕大部分的壓氣工作都是由超音速進氣道完成的 絕大部分氣流都是經由旁通管道直接被注入加力燃燒室 而不經主燃燒室 這極大幅的提高了燃油效率 這也讓黑鳥在急速飛行的時候反而更加的省油 當然 雖然以上這些聽起來十分的簡單啊 但設計它的時候 工程師們可是快把頭髮薅禿了 因爲要想配合這些變循環管道 普惠的工程師們還需要做一個非常複雜又極其高效的氣流管理系統 到了後來美國研發自家首款五代戰機的時候 通用電器很快就拿出了自己的變循環作品 yf120發動機 該發動機是一款雙轉子軸流加力渦輪風扇發動機 由單級低壓渦輪驅動的兩級風扇和單級高壓渦輪驅動的五級壓縮機組成 爲了同時滿足低速和高速狀態下的高性能要求 f120採取了以單寒道和雙寒道模式相結合的工作模式 和G58一樣 該發動機也有旁通通道 分別位於高壓滑伐第一級壓氣機的前部和後部 這兩個通道是發動機可變循環運行的關鍵 當需要的時候 發動機可以通過關閉後旁通通道 引導更多的氣流通過發動機的核心 從而增加發動機的推力 在高速狀態下 發動機以窩噴模式工作 在此模式下選擇閥門減小或關閉 使大部分空氣進入核心機 選擇閥門和風扇帶動的一小部分空氣保留於旁路通道用於冷卻 家裏燃燒或者是其他用途 由於寒道比減小 發動機會進入標準的窩噴模式 到低速狀態下 發動機就會以窩扇模式工作 額外的空氣通過外寒道導引進入燃燒室 空氣增多 使得燃料能夠更加充分的燃燒 使窩扇模式的推力增大 通過雙模式的設計 基於公司是f120推力達到了驚人的15 88噸 不僅繼承了f110系列的大推力 油耗低的特點 並且還解決了發動機在低速和高速狀態下油耗和空氣問題 相對而言 普惠公司的參賽選手f119發動機最大推力爲15 6噸 雖然有着良好的高速性能 但油耗相對高 在低速的時候並不經濟 只不過由於當時的美軍急需新機型服役 而yf120還不完全成熟 並且結構更加的複雜 最終導致他被yf119淘汰 當然啊 除了這個原因之外 老亨特認爲啊 美國此舉未嘗沒有平衡的想法 畢竟在當時那個年代 通用的攤子已經鋪得很大了 除了著名的f404 f110系列發動機之外 在民航領域也是獨佔凹頭 爲了讓普惠能夠和通用電器相互競爭 美國空軍新一代的發動機選擇最好還是交給普惠公司 後來受到教訓的GE公司也不再一味的追求高技術發動機 而是開始尋求更好的消費比 終於在冷戰結束後 通用電器聯合羅羅公司攜f136發動機重磅歸來 這款發動機和普惠的f135一樣 有三種改型 可以囊括f35的abc三種 它的最大推力可以達到18 1噸 直接超越了普惠 那還處於實驗階段的f135 成爲人類歷史上推力最大的發動機 與此同時 GE還充分吸取了之前的教訓 聯合羅羅公司簡化了該發動機的機械結構重量 取消了第一級低壓渦輪的導向器葉片 讓發動機更加緊湊 但很可惜 這時候的美軍的選擇依舊十分的保守 美國的軍方認爲啊 雖然說f136的發動機性能要比f135更強 但是其穩定性卻存在隱患 在試車的過程當中 產生的氣流不穩定現象可能會導致f35戰機出現致命威脅 再加上普惠公司的f135發動機是基於f22的f119發動機的核心機和主要結構來研製的 這也讓普惠公司在這次競爭中處於優勢地位 未來服役之後 部分的零件還可以相互更換 更加的方便維護和採購 就這樣 普惠公司再次勝出 不過好在通用電器在經過這兩次的失敗以後 並沒有氣餒 畢竟啊 這明眼人都能看出來 變循環發動機的巨大優勢 未來美軍的下一代戰機心臟必然會選擇變循環發動機 果不其然啊 美國空軍實驗室在2012年再次找上通用電器和普惠 希望這兩家公司能夠進行自適應的發動機技術的研發 兩家公司也分別獲得了一筆不菲的研究資金 這纔有了今天正在競爭的XA-100和XA-101 2016年 美國空軍的自適應發動機換代項目AETP啓動 該項目除了要爲F35更換新動力之外 還要爲第六代戰鬥機研發成熟的變循環技術 據瞭解啊 這個項目最初聚焦了20噸級推力的發動機 基於發展了XA100型 普惠則推出了XA101型 只不過後者呢 因爲F135發動機升級的需求在進度上要慢於機翼公司 據瞭解啊 機翼的XA-100發動機是一種三氣流自適應循環發動機 這種設計可以將空氣分流導引到第三氣流 以提高燃燒和冷卻效率 其中這個第三氣流指的是 除常規渦輪風扇發動機的高壓核心機和低壓寒道氣流以外 還有一個外部流路能夠打開和關閉其運行方式 和上面提到的變循環發動機一樣 根據通用電器的計算 該公司的自適應發動機將會比F35所使用的F135發動機改善燃料效率25% 增加飛機的作戰半徑25%至30% 留空時間增加30%至40% 這個數值不僅更加適合美國的大國競爭戰略 還可以顯著減少空中加油機的負擔 當然 前面咱們也說了 這款發動機的計劃要求之一呢 是要爲F35換裝 讓其能以兩馬赫的速度飛行 只不過 由於這款戰機屬於海陸空三軍的通用機型 因此GE的新發動機在這場競爭當中十分的沒有底氣 顯而易見 如果F35戰機要裝備新一代變循環發動機 最佔便宜的一定是美國空軍 花的錢最少 能改裝的戰機最多 軍種整體作戰能力提升最大 形成戰鬥力也是最快 相比之下呢 美國海軍要吃虧不少 他們要支付更多的額外費用 用於發動機的研發 而且只能分攤在200多架戰機上 至於陸戰隊呢 就更加的矛盾了 如果說從性能提升上來講 美國海軍陸戰隊應該是最渴望更新換代發動機的 F35B垂直起降的特殊設計佔據了戰機很多可用空間和重量指標 XA-100變循環發動機的更高推力 更低油耗 可以使F35B的載荷能力 作戰打擊半徑等方面 獲得質的提升 但斯等人的經濟能力我們也都是知道的 研發XA-100垂直起降型發動機的成本高昂 要遠高於研製艦載機常規起降版本 而目前F35B戰機已經交付超過三分之一 考慮到爲XA-100實配升力風扇 天轉噴管等額外工作所需要的時間 這隻會讓後續的戰機服役時間變得遙遙無期 因此最終啊 美國還是選擇了普惠升級F135計劃 而非先在F35身上實驗變循環發動機技術 至於最後的六代機方面 老亨特個人還是比較傾向於GE獲勝的 好看美國內部的政治考量不談啊 記得XA-100無論是在經驗還是在進度方面 目前都要超過普惠公司 但是由於未來NGA的發動機尺寸與F35不同 這也就意味着GE必須調整大小 甚至是重新設計來適合下一代戰機 大家認爲啊 美國最後會採用哪一家公司的發動機呢 歡迎在下方留言討論 本期視頻到這裏也就結束了 沒有訂閱本頻道的記得訂閱一下 在這裏老亨特先行謝過 您的支持纔是老亨特做視頻最大的動力 最後再次祝願屏幕對面的您身體健康 咱們下期再見