■ 晏武英 / 中國航發(fā)研究院

近年來，美國、英國、法國、德國、日本等國家紛紛宣布開始研制下一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機，預計到2040年左右將基本實現(xiàn)新一代戰(zhàn)斗機動力換裝，屆時渦輪發(fā)動機在制空作戰(zhàn)飛機上的使用將走過百年歷程，未來發(fā)展趨勢值得關(guān)注。

制空作戰(zhàn)飛機又稱空中優(yōu)勢戰(zhàn)斗機，主要用途是對空作戰(zhàn)奪取制空權(quán)，主要作戰(zhàn)模式包括空中格斗和遠程截擊，部分還可以承擔對地攻擊任務。第二次世界大戰(zhàn)（二戰(zhàn)）之后，制空作戰(zhàn)飛機基本以渦輪發(fā)動機作為主要動力，結(jié)合國內(nèi)外戰(zhàn)斗機和發(fā)動機的劃代標準，至今已發(fā)展的制空作戰(zhàn)飛機發(fā)動機可分為四代，其中前兩代已基本退役，第三代成為各國空軍的主力裝備，第四代已經(jīng)開始批量裝備部隊，是航空裝備技術(shù)水平的重要標志之一。

第一代戰(zhàn)斗機動力發(fā)展及特點

第一代戰(zhàn)斗機是指1945年后研制的高亞聲速戰(zhàn)斗機，目前都已退出現(xiàn)役。這一時期，空軍成為獨立軍種，航空力量成為大國發(fā)展的重點，同時伴隨冷戰(zhàn)開始，兩大軍事陣營為大規(guī)模常規(guī)戰(zhàn)爭做準備，攔截轟炸機成為空軍重點任務。二戰(zhàn)后第一批裝備部隊使用的噴氣式戰(zhàn)斗機是美國的F-80和蘇聯(lián)的米格-9，1947年出現(xiàn)了第一批后掠機翼的戰(zhàn)斗機——美國的F-86和蘇聯(lián)的米格-15，飛行速度接近了聲速。第一代戰(zhàn)斗機逐步區(qū)分為以空戰(zhàn)格斗為主的制空型戰(zhàn)斗機和以截擊敵方轟炸機為主的截擊機，同時兼具對地攻擊任務；氣動布局從初期的平直翼逐步過渡到以后掠翼為主，飛行速度為高亞聲速，動力形式全面采用渦噴發(fā)動機取代活塞式發(fā)動機，主要采用機頭進氣，少數(shù)裝備雷達的截擊機采用了機身兩側(cè)、肋下進氣或者布置在機翼中部的獨立發(fā)動機艙。

配裝J47渦噴發(fā)動機的F-86戰(zhàn)斗機

德國和英國在二戰(zhàn)中分別研制出了實用的渦噴發(fā)動機，并以此裝備早期的噴氣式戰(zhàn)斗機投入戰(zhàn)場。戰(zhàn)后美國、蘇聯(lián)和法國通過購買專利，以及借助從德國獲得的資料和人員，也發(fā)展出本國第一代渦噴發(fā)動機。美國二戰(zhàn)后的渦噴發(fā)動機研制以GE、西屋、艾利遜和普惠等公司為主，代表型號有J47和J48發(fā)動機。蘇聯(lián)則在德國渦噴發(fā)動機的基礎(chǔ)上仿制了RD-10和RD-20，后來又在RD-45的基礎(chǔ)上改進研制了VK-1和VK-1F加力式渦噴發(fā)動機，推力有了明顯提升。英國二戰(zhàn)后開始全面轉(zhuǎn)向軸流式渦噴發(fā)動機，代表型號有羅羅公司的埃汶100/200系列和阿姆斯特朗·西德利公司的“藍寶石”（Sapphire）發(fā)動機，后者被美國萊特公司引進，命名為J65發(fā)動機。法國二戰(zhàn)后開始在德國BMW 003噴氣發(fā)動機基礎(chǔ)上，改進和推出自己的阿塔發(fā)動機系列，成為法國早期的主力軍用渦噴發(fā)動機。第一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的主要特征包括以下幾個方面。

結(jié)構(gòu)形式

第一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機基本為單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動機，壓氣機形式為離心式和軸流式同時存在，多采用單管燃燒室，單級無冷卻渦輪。后期型多數(shù)加裝了加力燃燒室，顯著增大了推力。

指標參數(shù)

總增壓比在5∶1左右，軸流式壓氣機平均級壓比基本在1.2∶1以下，級數(shù)達到12～13級；渦輪前溫度為840～870℃。推力大多在30～50kN范圍內(nèi)，不加力耗油率為0.1kg/（N·h）左右，推重比為2～4∶1之間，單位推力為500 ～ 900N/（kg / s）。

關(guān)鍵技術(shù)

這一代發(fā)動機主要是在早期型號基礎(chǔ)上，通過放大流量、提高渦輪前溫度、增加壓氣機級數(shù)、加裝加力燃燒室等方法增加發(fā)動機推力。關(guān)鍵技術(shù)包括單級高壓比離心壓氣機、多級軸流式壓氣機、環(huán)管型燃燒室、加力燃燒室等，開始采用可調(diào)進口導流葉片、級間放氣等方法解決壓氣機失速、喘振問題，采用新型高溫合金提高渦輪前溫度。

研發(fā)模式

二戰(zhàn)時期具有獨立研發(fā)渦噴發(fā)動機能力的只有英國和德國，戰(zhàn)后美國、蘇聯(lián)、法國服役的第一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機都是在英國和德國的早期型發(fā)動機基礎(chǔ)上仿制和改進而來。這一時期渦噴發(fā)動機的基本原理已經(jīng)成熟，一般都是以直接研發(fā)產(chǎn)品或改進改型為目標，在研制過程中解決暴露的問題，在投入使用后仍需頻繁改進。產(chǎn)品研制前一般都沒有確定的裝機對象，在用于戰(zhàn)斗機的同時很多也用于轟炸機。

第二代戰(zhàn)斗機動力發(fā)展及特點

第二代戰(zhàn)斗機是指20世紀50年代中期到60年代末期服役的超聲速戰(zhàn)斗機，目前已全部停產(chǎn)并逐步退役。這一時期，冷戰(zhàn)對抗升級，美國、蘇聯(lián)等國國防科研投入普遍增加，技術(shù)取得快速發(fā)展。同時，空軍戰(zhàn)略和戰(zhàn)爭模式的變化催生裝備體系更新完善，美國此間先后研制了9種戰(zhàn)斗機，一方面形成快速的型號更新?lián)Q代以保持優(yōu)勢，另一方面也形成制空作戰(zhàn)、防空截擊分線發(fā)展。隨著戰(zhàn)斗機性能的全面提升和國防采辦改革，從20世紀60年代開始防空截擊機開始與制空戰(zhàn)斗機融合，具有良好多用途特性的裝備成為發(fā)展重點，甚至實現(xiàn)軍種通用。

第二代戰(zhàn)斗機普遍向高空高速方向發(fā)展，最大速度達馬赫數(shù)（Ma）2左右、有的甚至達到Ma3，實用升限超過18000m，機載電子設(shè)備和武器系統(tǒng)的性能均有較大的提高，裝備了空空導彈，重型化傾向明顯。第二代戰(zhàn)斗機前期分為制空型戰(zhàn)斗機和截擊機分線發(fā)展，后期開始服役多用途戰(zhàn)斗機；氣動布局采用大后掠翼、三角翼及鴨式布局，采用面積率設(shè)計保障超聲速性能，速度最高達到Ma3一級，主要采用機體兩側(cè)進氣，發(fā)動機多采用機體內(nèi)部或兩側(cè)肋下安裝。

眾多第二代戰(zhàn)斗機得以問世，有賴于各國研制出一批適合Ma2以上飛機的渦噴發(fā)動機，例如，美國的J79、蘇聯(lián)的R-11、英國的埃汶300和法國的阿塔9C/K等，它們的推重比已達5～6∶1，并加裝了加力燃燒室，可以在短時間內(nèi)大幅度提高推力。同時，渦扇發(fā)動機的出現(xiàn)為戰(zhàn)斗機動力提供了新的選擇，由于其不加力狀態(tài)耗油率低和加力狀態(tài)推力大，很適合于既要做長距離亞聲速巡航又要做短時超聲速沖刺的戰(zhàn)斗機使用。因此，在20世紀60年代，英國、美國在民用渦扇發(fā)動機的基礎(chǔ)上研制出斯貝MK202和TF30，分別用于英國從美國引進的F-4M/K戰(zhàn)斗機、美國的F-111戰(zhàn)斗轟炸機和F-14A艦載戰(zhàn)斗機。第二代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的主要特征包括以下幾個方面。

配裝R11-300渦噴發(fā)動機的米格-21戰(zhàn)斗機

結(jié)構(gòu)形式

第二代戰(zhàn)斗機動力以軸流式渦噴發(fā)動機為主，結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)雙轉(zhuǎn)子，通過增加壓氣機級數(shù)、提高級壓比和渦輪前溫度提高了推力、降低了油耗。后期還應用了渦扇發(fā)動機，均為雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。都采用了加力燃燒室。

指標參數(shù)

加力式渦噴發(fā)動機總壓比提高到8～13∶1，平均級壓比為1.2∶1左右，最高達到1.44∶1，渦輪進口溫度800～1100℃，最大推力接近120kN，推重比為3～6，單位推力最高達到1000N/（kg / s）左右，不加力耗油率下降到0.08～0.1 kg / （N·h）。后期采用的渦扇發(fā)動機總壓比進一步提高到16～22∶1，涵道比在0.6～1.0∶1，渦輪前溫度提高到1200℃左右，耗油率下降到0.07 kg / （N·h）以下，但平均級壓比、最大推力、單位推力及推重比與渦噴發(fā)動機相當。

關(guān)鍵技術(shù)

這一代發(fā)動機所處的時期航空技術(shù)取得了大發(fā)展，在航空發(fā)動機領(lǐng)域出現(xiàn)了多項創(chuàng)新成果，戰(zhàn)斗機發(fā)動機是其主要應用對象。雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)大大提升了發(fā)動機的工作范圍，使得總壓比和工作穩(wěn)定性大幅提高，推力和油耗得到顯著改善；可調(diào)靜子技術(shù)的應用解決了壓氣機失速問題，滿足了高空高速飛行狀態(tài)下的動力需求；氣冷渦輪使得渦輪前溫度大幅提升，發(fā)動機推力和單位推力提高，使兩倍聲速飛行成為可能，并突破了Ma3一級高速渦輪發(fā)動機的研制，實現(xiàn)了基于渦噴發(fā)動機的變循環(huán)工作模式。

研發(fā)模式

第二代戰(zhàn)斗機發(fā)動機由于需求膨脹快、機型更替頻繁，因此在全新研發(fā)型號數(shù)量增加的同時，改進改型也逐漸增多。美國、法國、蘇聯(lián)都從仿制迅速過渡到自主研發(fā)，并大量研制貨架產(chǎn)品供飛機選用，稱為“武庫法”。隨著推力的提升和壽命的增加，研發(fā)成本和投入逐漸增加，研發(fā)周期逐步延長，美國開始探索建立通過預研計劃促進核心機技術(shù)成熟，再在其基礎(chǔ)上研發(fā)產(chǎn)品的模式。

這一階段，英國、美國的戰(zhàn)斗機發(fā)動機通用性較強，初期部分發(fā)動機更是為滿足戰(zhàn)略轟炸機的需求而研發(fā)，多種戰(zhàn)斗機發(fā)動機都同時用于轟炸機甚至衍生用于民用飛機。后期用于戰(zhàn)斗機的渦扇發(fā)動機則大多由民用發(fā)動機衍生，涵道比較大，單位推力增長不明顯，存在喘振裕度不夠、工作穩(wěn)定性差等問題，在戰(zhàn)斗機上普遍表現(xiàn)出高速性能不佳。蘇聯(lián)的戰(zhàn)斗機發(fā)動機則與轟炸機發(fā)動機的設(shè)計分開，保證了對戰(zhàn)斗機特定需求的滿足，但初期過于追求推重比，導致工作穩(wěn)定性差，不得不增加壓氣機級數(shù)。法國則在壓氣機設(shè)計方面提升較慢，并長期堅持單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，在性能指標和使用性能上存在差距，只有靠飛機良好的氣動設(shè)計才能與其他國家保持相當。

第三代戰(zhàn)斗機動力發(fā)展及特點

第三代戰(zhàn)斗機是指20世紀70年代到90年代服役的超聲速戰(zhàn)斗機，目前仍是各國空軍的主力。這一時期冷戰(zhàn)對抗緩和，各國空軍建設(shè)以核威懾背景下的常規(guī)力量為主。同時，戰(zhàn)爭的考驗推動了空戰(zhàn)模式和飛機研發(fā)理念的變革，要求突出機動性能、全天候作戰(zhàn)性能和遠距發(fā)現(xiàn)目標能力。美國、蘇聯(lián)等國空軍機隊規(guī)模數(shù)量持續(xù)縮小，研制的型號數(shù)量也有所減少，但體系構(gòu)成逐漸完善，主要采用重型制空戰(zhàn)斗機和輕型多用途戰(zhàn)斗機形成的高低搭配形式。英國、法國等歐洲國家則轉(zhuǎn)向裝備中型多用途戰(zhàn)斗機，能夠遂行制空、截擊、對地對海攻擊和偵察等多種任務。第三代戰(zhàn)斗機大多采用中等后掠角梯形機翼或大后掠角鴨式布局、邊條翼和翼身融合等高升力氣動布局，放寬靜穩(wěn)定性和高推力渦扇發(fā)動機，實現(xiàn)低翼載、高推重比和高機動性。空戰(zhàn)模式以超視距攻擊為主，但近距格斗能力同樣出色。

為了滿足第三代戰(zhàn)斗機高機動性的要求，其發(fā)動機的推重比普遍達到8一級。自1974年美國普惠公司研制成功F100發(fā)動機以來，相繼又有美國GE公司的F110、歐洲聯(lián)合研制的RB199、蘇聯(lián)的RD-33和AL-31F、法國的M53和瑞典的RM12渦扇發(fā)動機投入使用，用于F-15、F-16、米格-29、蘇-27、“狂風”和“幻影2000”以及JAS-39“鷹獅”等戰(zhàn)斗機上，并在使用中不斷改進可靠性、耐久性和性能。到20世紀90年代，歐洲推出了號稱“三代半”戰(zhàn)斗機的“臺風”和“陣風”戰(zhàn)斗機，分別采用了EJ200和M88發(fā)動機，結(jié)構(gòu)更加簡單，推重比更高。第三代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的主要特征包括以下幾個方面。

配裝M88渦扇發(fā)動機的“陣風”戰(zhàn)斗機

結(jié)構(gòu)形式

第三代戰(zhàn)斗機發(fā)動機均為軸流式加力渦扇發(fā)動機，結(jié)構(gòu)上以雙轉(zhuǎn)子為主，少數(shù)采用單轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子。由于氣動設(shè)計水平的提高，在總壓比增加的同時壓氣機級數(shù)明顯減少，高、低壓渦輪均為1～2級，采用加力燃燒室和可調(diào)收擴噴管。

指標參數(shù)

第三代戰(zhàn)斗機發(fā)動機性能參數(shù)水平大幅提升，總壓比普遍達到20以上，少數(shù)超過30，平均級壓比達到1.3左右，渦輪進口溫度為1300～1500℃之間，最大推力達到120～150kN，單位推力1000 ～ 1200N/（kg / s）， 推 重 比 普遍達到7∶1以上，最高超過9∶1，不加力耗油率下降到0.07kg/（N·h）左右。為了滿足戰(zhàn)斗機的高單位推力要求，涵道比逐漸縮小。同時發(fā)動機壽命大幅提升，后期型可達到4000h。

關(guān)鍵技術(shù)

這一代發(fā)動機最核心的要求是滿足戰(zhàn)斗機高機動性的需求，重點是提高推重比和工作穩(wěn)定性，因此采用了眾多新技術(shù)，包括高效氣動設(shè)計技術(shù)、高溫升燃燒室、氣冷渦輪、全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)，并開始應用整體葉盤、單晶葉片、鈦合金和復合材料等。

研發(fā)模式

第三代戰(zhàn)斗機多為一機一發(fā)匹配，或在兩型戰(zhàn)斗機之間通用，發(fā)動機性能、壽命和可靠性逐漸提高，研發(fā)成本大幅增加，歐美國家普遍采用關(guān)鍵技術(shù)預研模式，在研制流程中設(shè)置技術(shù)成熟（驗證機）階段。由于使用需求論證相對明確和準確，發(fā)動機的功能和指標能夠滿足第三代戰(zhàn)斗機在較長時間內(nèi)的要求，加上研制流程的合理化也提高了技術(shù)的成熟度水平，因此這一代發(fā)動機的改進改型相比之前大幅減少。

這一代發(fā)動機大多是專門針對第三代戰(zhàn)斗機的需求開展設(shè)計，突出高推重比、高單位推力和高工作穩(wěn)定性，因此并不適用于其他類型飛機，通用性較差。而從轟炸機發(fā)動機衍生而來的F110由于壓比高、流量大而體現(xiàn)出了推力大、工作穩(wěn)定性好、油耗低的特點，其核心機還衍生發(fā)展出了CFM56民用發(fā)動機，但從戰(zhàn)斗機領(lǐng)域應用來說，該發(fā)動機并不適用于高速高機動的戰(zhàn)斗機，美國空軍也都是用在偏重對地攻擊任務的F-16、F-15E以及出口型的F-15K/SG等多用途戰(zhàn)斗機上，而以制空為主的F-15A/C系列基本都使用涵道比較小的F100發(fā)動機。歐洲研制的EF2000戰(zhàn)斗機突出高速性能，因此EJ200的涵道比只有0.4，甚至可實現(xiàn)Ma1.4的超聲速巡航，而法國的“陣風”盡管是多用途戰(zhàn)斗機，所用的M88發(fā)動機涵道比只有0.3，體現(xiàn)出更加注重單位推力等技術(shù)指標。

第四代戰(zhàn)斗機動力發(fā)展及特點

第四代戰(zhàn)斗機是指21世紀初開始服役的超聲速戰(zhàn)斗機。由于冷戰(zhàn)結(jié)束，各國發(fā)展先進戰(zhàn)斗機的緊迫性大幅降低，研制進度延長、采購數(shù)量減少，僅有美國的F-22和F-35投入服役，俄羅斯的蘇-57剛剛開始交付。第四代戰(zhàn)斗機研制初期以制空為主，后期突出多用途和經(jīng)濟可承受性，目標是大量替代第三代戰(zhàn)斗機和攻擊機。氣動布局大多采用中等后掠角梯形機翼的正常式布局，采用隱身外形設(shè)計和矢量推力，在更低翼載、更高推重比和超高機動性的基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)隱身、超聲速巡航和短距起降能力。

配裝F135發(fā)動機的F-35戰(zhàn)斗機

第一種第四代戰(zhàn)斗機發(fā)動機F119是由美國普惠公司研制的小涵道比雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動機。它吸取了F100發(fā)動機的經(jīng)驗，采用一體化產(chǎn)品研制方法研制，達到了性能、可靠性、耐久性、維修性和保障性的綜合平衡。在它的核心機基礎(chǔ)上，普惠公司研制出F135發(fā)動機，用于F-35戰(zhàn)斗機，常規(guī)起降型和艦載型基本相同，短距起飛/垂直降落型在主發(fā)動機基礎(chǔ)上增加了齒輪傳動升力風扇、三軸承轉(zhuǎn)向噴管和控制噴管。

俄羅斯四代機的動力分為兩個階段：第一階段動力117（AL-41F1）發(fā)動機是在Al-31F發(fā)動機基礎(chǔ)上改進而來的雙轉(zhuǎn)子加力渦扇發(fā)動機，不能保證蘇-57戰(zhàn)斗機實現(xiàn)持續(xù)的不加力超聲速巡航，同時在雷達和紅外隱身方面考慮不夠。為了滿足蘇-57的全部性能指標要求，俄羅斯研制了全新的“產(chǎn)品30”發(fā)動機，其中間推力和加力推力大幅提高，耗油率和全生命周期成本大幅降低，計劃于2025年左右開始交付部隊。第四代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的主要特征包括以下幾個方面。

結(jié)構(gòu)形式

第四代戰(zhàn)斗機發(fā)動機均為軸流式加力渦扇發(fā)動機，采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括3級風扇、5～6級壓氣機、全環(huán)形高溫升燃燒室，單級高壓渦輪，低壓渦輪1～2級，采用一體化加力燃燒室和推力矢量噴管。

指標參數(shù)

這一代發(fā)動機的循環(huán)參數(shù)更加適應高機動性作戰(zhàn)的需求，渦輪前溫度進一步提升至1600℃以上，涵道比保持在0.3～0.6∶1，總壓比保持在30∶1以下，平均級壓比提高到1.4∶1以上，最大推力增加到150～190kN，單位推力超過1200N/（kg/s），在滿足隱身、超聲速巡航、推力矢量、健康管理，以及熱管理等新要求的情況下推重比保持與三代機動力相當?shù)乃健?/p>

關(guān)鍵技術(shù)

這一代發(fā)動機壓縮系統(tǒng)全面采用整體葉盤結(jié)構(gòu)，鈦合金、復合材料得到大量應用，一體化加力燃燒室、隱身結(jié)構(gòu)和涂層、矢量噴管和雙余度全權(quán)限數(shù)字式電子控制等技術(shù)大大提升了發(fā)動機性能和信號特征，可靠性、耐久性成倍增長，全生命周期費用降低25%～30%。

研發(fā)模式

這一代發(fā)動機數(shù)量更加稀少，美國在研制過程中同步開展了國家級軍用航空發(fā)動機技術(shù)預研計劃，因此型號研制的技術(shù)基礎(chǔ)更加牢固，并及時引入了成熟技術(shù)，發(fā)動機的性能、可靠性和經(jīng)濟可承受性大幅提高。F119發(fā)動機到目前為止還沒有進行大的改進升級。在此基礎(chǔ)上，美國利用其核心機發(fā)展出了F135發(fā)動機，突出了通用性和經(jīng)濟可承受性。俄羅斯則分為兩步走，先用成熟的第三代戰(zhàn)斗機發(fā)動機改進，滿足蘇-57第一階段需求，同時研制全新的發(fā)動機作為第二階段動力。

下一代戰(zhàn)斗機動力發(fā)展趨勢分析

美國一直在推進新一代戰(zhàn)斗機動力的研發(fā)，并將自適應發(fā)動機確定為美國空軍下一代戰(zhàn)斗機的動力形式，開展了持續(xù)的技術(shù)成熟與風險降低工作。美國空軍通過“自適應通用發(fā)動機技術(shù)”（ADVENT）、“自適應發(fā)動機技術(shù)發(fā)展”（AETD）和“自適應發(fā)動機轉(zhuǎn)移項目”（AETP）推進下一代發(fā)動機技術(shù)成熟工作，而海軍則通過“變循環(huán)先進技術(shù)”（VCAT）項目實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)成果滿足海軍的應用需要。2019年2月，GE航空完成AETP項目XA100驗證機詳細設(shè)計，計劃到2021年整臺發(fā)動機整機試車，之后通過競標進入工程研制階段，2030年左右裝備部隊。

“暴風”戰(zhàn)斗機動力系統(tǒng)技術(shù)

法國和德國在2018年6月宣布聯(lián)合研制“未來作戰(zhàn)航空系統(tǒng)”（FCAS/SCAF），其中的新型多用途戰(zhàn)斗機計劃2040年正式服役。法國賽峰集團和德國MTU航空發(fā)動機公司共同負責研發(fā)下一代動力系統(tǒng)，由賽峰負責研制熱端部件及發(fā)動機集成，MTU負責研制冷端部件及維護、修理和大修（MRO）服務。為了滿足FCAS的超聲速巡航和長時間低速巡航的要求，發(fā)動機將具有變循環(huán)能力，渦輪前溫度將達到2100℃左右。此外，該發(fā)動機將能匹配戰(zhàn)斗機的隱身性能，并應用混合動力以管理飛機上的能源。該發(fā)動機驗證機的研發(fā)工作將首先在M88發(fā)動機的基礎(chǔ)上進行，賽峰集團將在2025年完成M88發(fā)動機改型，為首架FCAS驗證機提供動力，并在2027年制造出發(fā)動機驗證機。法國和德國計劃在2024—2026年做出正式的研發(fā)決策，2031年前完成發(fā)動機的設(shè)計、組裝和鑒定試驗，然后開始飛機原型機的飛行試驗和軍方鑒定，2040年開始交付。

英國2018年7月宣布將研制名為“暴風”的新一代戰(zhàn)斗機，計劃2025年開始驗證機試飛，2035年交付。發(fā)動機由羅羅公司負責研發(fā)，將采用抗畸變風扇、嵌入式電起動機發(fā)電機、先進復合材料和增材制造、全集成熱管理系統(tǒng)，使發(fā)動機具有更高的功率密度、智能和多電特征、綜合電力與熱管理以及流線型外形。此外，英國皇家空軍于2019年7月宣布授予羅羅公司一份為期兩年的先進高馬赫數(shù)推進系統(tǒng)設(shè)計、發(fā)展、分析和試驗研究合同，評估高超聲速與下一代飛機平臺的關(guān)系，并研究如何將英國反應發(fā)動機公司“佩刀”發(fā)動機技術(shù)應用到當前的超聲速渦輪發(fā)動機上，使其效率更高、包線更寬。

石川島播磨重工（IHI）2018年6月向日本防衛(wèi)裝備廳交付了XF9-1發(fā)動機原型機，其結(jié)構(gòu)形式與F119類似，但尺寸稍小。由于采用了第五代單晶等新材料，渦輪前溫度達到1800℃，并在隨后的試車中實現(xiàn)了不加力推力11t、加力推力15t的預定指標。日本防衛(wèi)裝備廳還開展了小涵道比渦扇發(fā)動機變循環(huán)技術(shù)研究，并計劃在XF9-1發(fā)動機上進行自適應循環(huán)技術(shù)驗證。

可以看出，下一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機已經(jīng)開始研制，計劃于2030—2040年投入使用。從各國的方案和進展來看，加力式渦扇發(fā)動機仍是下一代戰(zhàn)斗機動力選擇的主要形式，但大多數(shù)都計劃采用變循環(huán)或自適應技術(shù)。其中美國空軍已經(jīng)明確下一代戰(zhàn)斗機采用自適應發(fā)動機，法國和德國也提出將應用變循環(huán)技術(shù)，日本也開始探索自適應發(fā)動機技術(shù)，只有英國尚未明確。此外，更高的渦輪前溫度、更大的功率提取能力和更強的熱管理能力將成為下一代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的共同特征。

結(jié)束語

制空作戰(zhàn)飛機用渦輪發(fā)動機經(jīng)過70多年的發(fā)展，從最初的不加力渦噴到正在研制的自適應發(fā)動機，無論從性能水平、核心技術(shù)以及特種功能等方面都逐步聚焦制空作戰(zhàn)的需求，形成了相對獨立的技術(shù)特征，其用途相對單一，同時卻應用了渦輪發(fā)動機最先進的技術(shù)，需要最長的研制周期和最多的資源投入，是一個國家國防科技實力的集中體現(xiàn)。從當前航空動力技術(shù)的發(fā)展來看，在制空作戰(zhàn)飛機上渦輪發(fā)動機的核心地位幾十年內(nèi)尚無法替代，未來將進一步擴大速度、高度范圍，提升自適應和智能化水平，并成為前沿技術(shù)最先應用的平臺，引領(lǐng)軍用航空動力技術(shù)的發(fā)展方向。