全球航空强国下一代航空发动机研发技术发展方向

长三角G60激光联盟陈长军导语

航空发动机是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现，航空发动机的技术门槛非常高，世界上只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国等少数几个国家能够独立研制高性能航空发动机。本文对全球航空强国对下一代航空发动机的研发技术发展进行分析。

美国持续开展新一轮航空发动机计划，助力六代机早日实现首飞

美军方为了提高军事推进技术能力和经济可承受性，在空军的主导下开展了并完成了多项航空发动机项目，包括综合集成高性能涡轮发动机（IHPTET）计划、通用经济型高级涡轮发动机计划（VAATE）、自适应通用发动机技术（ADVENT）、自适应发动机技术计划（AETD）、自适应发动机转化计划（AETP）。

在AETP行将结束之际，美军即刻开启了下一代自适应推进系统计划（NGAP）。NGAP首次出现是在美军2021财年预算文件中，空军分别授予通用电气（GE）和普惠（PW）价值4.27亿美元的合同。该文件还透露美空军在2019财年为 NGAP投入了1.06亿美元，2020年又追加了2.24亿美元的拨款。在随后的2022财年拨付了1.12亿美元，并在2024财年增加到2.18亿美元。与此同时，美军在2022年8月为NGAP授予洛克希德马丁、通用电气、波音、诺斯罗普格鲁曼和普惠价值共计48.8亿美元的合同，并计划在2032 年完成设计开发和原型制作。

美空军未来战斗机概念图

英国持续推进2050净零碳排放目标的商用发动机UHBR发动机研制

2022年4月，英国航空航天技术研究院（ATI）在其2022年技术战略文件《零排放目标：通向2050的技术之路》确定了零碳排放飞机技术、超高效飞机技术和跨领域使能技术与基础设施等3个重点技术领域，为航空业确定实现2050净零排放所需的技术开发和潜在应用时间提供指导。超高效飞机技术中动力领域明确就是超高涵道比（UHBR）发动机技术，提出推进其技术成熟度（TRL）在2025年达到6，确保为新一代民用飞机从2030年开始投入使用做好准备。此外，ATI还公布了超高涵道比（UHBR）发动机的发展路线图。

研制超高涵道比（UHBR）发动机是英国实现2050净零碳排放的重要手段，其技术优势主要有以下几个方面：

● 降低成本，减少浪费，提高生产制造效率，以更好地利用资源和技术；二是提高能源效率，通过新型的架构设计提高推进效率；

● 保护环境，减少CO2、NOx、非挥发性颗粒物（nvPM）、可感知噪声、材料使用与浪费；

● 满足使用需求与灵活性、有韧性且可高效维护的推进和动力系统；

● 改善乘客体验，降低舱内的感知噪声；

● 提高安全性，包括损伤容限、异物侵入包容、可预测性和质量保证等。

超高涵道比（UHBR）发动机的发展路线图

英国和日本联合开发下一代原型战斗机发动机的计划

2021年12月，英国和日本宣布了联合开发原型战斗机发动机的计划，因为他们都在Tempest和FX计划下开展专注于部署新一代战斗机的计划。最新协议是两国扩大军事关系的一部分，其中还包括共享空对空导弹技术。英国国防部(MOD)公布的该协议合作备忘录显示，英日战斗机发动机是其中的旗舰项目。联合发动机演示器的工作于2022年初开始，英国将在“规划、数字设计和创新制造开发”方面投资3000万英镑。

英国皇家空军（RAF）的下一代战斗机计划于2035年开始服役，该型飞机将携带大量激光武器、先进传感器和航电设备，因此需要足够的电量供应，同时会产生大量的热负荷。发动机设计时，传统的通过附件齿轮箱输出功率的老式方式已经无法胜任这个工作。罗罗公司的嵌入式电启动发电机可以让战机直接从航空发动机中提取大量电能，将节省空间并提供未来战斗机所需的大量电力。现有的飞机发动机通过发动机下方的变速箱产生动力，从而驱动发电机，既增加了运动部件和复杂性，又因为所需空间过大降低飞机的隐身性。而新的设计使用一个综合电机同时替代电动机和发电机，把安装在两个阀芯上的电机进行组合作为电动机或发电机运行，并在两个阀芯之间进行电功率传递，这种双阀芯发电将提升发动机的可操作性，响应性和效率。

新型发动机还配备了新的储能系统，即智能的电力和发动机控制系统，其可通过算法对电力网络进行管理，延长部件寿命。增加的发电能力加上智能电源管理系统将满足对飞行器电力不断增长的需求。这种集成电源方法减少了能量交换的次数，最大限度地发挥了燃气轮机作为主要动力源的潜力。

下一代战机的集成电源管理系统

法国稳步推进下一代欧洲战斗机发动机（NEFE）研制

未来空中作战系统（FCAS）项目由法、德、西等三国合作，并由法国国防部武器装备局（DGA）主承包， FCAS包括下一代战斗机（NGF）、下一代欧洲战斗机发动机（NEFE）、下一代武器系统（NGWS）、欧洲中高空长航时无人机系统（MALE），以及未来的巡航导弹与集群无人机5个组成部分。

2022年，法国宣布为NEFE新研的高压涡轮在基于M88衍生型发动机的试验台上完成测试，12月DGA授出FCAS的1B阶段验证机合同，将涵盖FCAS演示样机及组件的工作，时间约为三年半。NEFE推力约为120kN，涡轮前温度可达2100K，在M88发动机的技术基础上研发，采用变循环技术和矢量喷管，并探索混合电推进技术以进行机载能量管理。NEFE由欧美特（EUMET）公司（赛峰和MTU各占50%组成的合资公司）作为主承包商，西班牙ITP公司作为主要合作伙伴。其中，赛峰负责整体设计集成和热端部件开发，MTU负责冷端部件，并提供维护、修理和大修（MRO）服务，ITP负责开发低压涡轮和喷管等工作，计划在2024～2026年做出正式研发决策，2029年左右NEFE验证机配装NGF验证机首飞，预计2040年服役。

俄罗斯继续在第 6 代战斗机配套发动机研制中追赶美国

俄罗斯在第6代战斗机配套发动机研制中一如既往地采取与美国“如影随形”的发展战略。美国于2007年开展第6代战斗机及其发动机的论证工作，目前正在开展下一代自适应推进系统（NGAP）计划，预计于2032年完成第6代战斗机发动机的研制。

而俄罗斯第 6 代战斗机发动机的公开信息较少。在公开报道中均未提及其准确启动时间。2018年，俄罗斯中央航空发动机研究院（CIAM）首次在俄罗斯联邦委员会大会上宣布其正在研制第 6 代战斗机发动机。2023年，俄罗斯公布了其第6代战斗机发动机的发展路线规划。

俄罗斯第6代战斗机发动机的发展路线规划

俄罗斯第6代战斗机发动机研制过程中将采用16项超前技术和23项同等技术，共39项。除三涵道自适应结构，还将采用电驱动、分布式航空发动机、主动系统等先进发动机技术，摩擦焊、3D打印等先进工艺以及CMC材料、增强合金和其他金属间化合物等先进材料，可实现飞/发硬件一体化。

根据资料分析，目前俄罗斯第 6代战斗机发动机还处于萌芽期，正在进行技术积累。其技术研究与产品研制计划大致分为 3个阶段。第1阶段：2024年前后可以达到破局点，进入成长期，2024～2028 年，研制第6代战斗机发动机核心机；第2阶段：2028～2035年为其快速成长阶段，主要进行第6代战斗机发动机验证机工作；第3阶段：2035～2040 年逐渐进入成熟期，达到较高的技术成熟度，完成第 6 代战斗机发动机的研制，在2040年前后视情投入使用。

时间维度上，俄罗斯第 6 代战斗机发动机研制的起步比美国有一定的滞后。技术维度上，俄罗斯目前更多的是进行技术验证，而美国第6代战斗机发动机技术已经过多轮验证。总体来看俄罗斯第6代战斗机发动机的发展是落后于美国的。然而，其未来发展走向受到政治、经济、社会以及技术等方面因素的影响，仍充满未知数。

长三角G60激光联盟陈长军转载

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来自：航空动力未来