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2022年1月，法國(guó)軍備總局(DGA)完成了為未來(lái)空戰(zhàn)系統(tǒng)(FCAS)歐洲協(xié)同隱形飛機(jī)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要技術(shù)測(cè)試。作為由DGA領(lǐng)導(dǎo)的Turenne防御計(jì)劃的一部分，一個(gè)源自陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)M88發(fā)動(dòng)機(jī)的衍生型號(hào)在測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行了測(cè)試。該測(cè)試需要5年的準(zhǔn)備時(shí)間，以開(kāi)發(fā)對(duì)未來(lái) FCAS 戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)有用的技術(shù)。
2017年，德國(guó)和西班牙要求空中客車(chē)公司開(kāi)始制定名為未來(lái)空中作戰(zhàn)系統(tǒng)(FCAS)的新型戰(zhàn)斗機(jī)的提案。2018年，柏林航展上，達(dá)索航空和空中客車(chē)公司宣布就FCAS的開(kāi)發(fā)合作達(dá)成協(xié)議。2019年6月，巴黎航展開(kāi)幕式當(dāng)天，達(dá)索航空董事長(zhǎng)兼CEO Eric Trappier和空中客車(chē)防務(wù)與航天CEO Dirk Hoke共同出席了未來(lái)空中作戰(zhàn)系統(tǒng)(FCAS)概念模型的揭幕儀式。2020年2月12日，F(xiàn)CAS研發(fā)計(jì)劃的第一階段(1A)獲得德國(guó)議會(huì)預(yù)算委員會(huì)的批準(zhǔn)。2021年8月31日法國(guó)、德國(guó)和西班牙國(guó)防部長(zhǎng)于在一份聯(lián)合聲明中表示，三國(guó)已經(jīng)簽署了關(guān)于未來(lái)空中作戰(zhàn)系統(tǒng)(FCAS)的第三個(gè)政府間協(xié)議，該協(xié)議確定了2021-2027年期間NGWS/FCAS(未來(lái)空中作戰(zhàn)系統(tǒng)中的下一代武器系統(tǒng))的實(shí)施安排。”預(yù)計(jì)在2027年進(jìn)行新一代戰(zhàn)斗機(jī)和遠(yuǎn)程運(yùn)載無(wú)人機(jī)的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的首飛。FCAS 將由下一代武器系統(tǒng)(Next-Generation Weapon System，NGWS)以及未來(lái)作戰(zhàn)空間中的其他空中平臺(tái)組成。NGWS 的組成部分將是遠(yuǎn)程運(yùn)載工具(蜂群無(wú)人機(jī))以及定義為第六代噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的新一代戰(zhàn)斗機(jī)(New Generation Fighter，NGF)。預(yù)計(jì)到 2040 年至 2045 年左右，它將取代目前的法國(guó)“陣風(fēng)”、德國(guó)“臺(tái)風(fēng)”和西班牙的EF-18“大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)。
FCAS項(xiàng)目新一代戰(zhàn)斗機(jī)概念模型三視圖從展出的新一代戰(zhàn)斗機(jī)概念模型來(lái)看，新一代戰(zhàn)斗機(jī)的總體設(shè)計(jì)并無(wú)特別亮眼之處，主要因?yàn)樵诂F(xiàn)有技術(shù)水平條件下，要達(dá)到隱身性能和作戰(zhàn)性能的平衡，新一代戰(zhàn)斗機(jī)的外形設(shè)計(jì)已無(wú)新的突破，更多考驗(yàn)的是材料和結(jié)構(gòu)方面的研發(fā)。同時(shí)，因?yàn)镕CAS僅僅處于初始框架設(shè)計(jì)階段，戰(zhàn)斗機(jī)的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)都需要至少到2027年才會(huì)制造，因此新一代戰(zhàn)斗機(jī)的總體設(shè)計(jì)還存在很大的不確定性。Turenne計(jì)劃由DGA于2015年發(fā)起并委托給賽峰集團(tuán)，包括兩個(gè)階段，第一階段持續(xù)了5年，在DGA項(xiàng)目工程部在巴黎巴拉德工廠的監(jiān)督下，創(chuàng)建、數(shù)字化測(cè)試和生產(chǎn)創(chuàng)新的渦輪機(jī)概念。這種革命性的渦輪機(jī)也獲得了國(guó)際專利，來(lái)自DGA的工程師作為共同發(fā)明人。經(jīng)過(guò)第一階段的技術(shù)積累，該計(jì)劃的第二階段于2019年開(kāi)始，使用Thermocolor(示溫)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，目的是將現(xiàn)實(shí)中獲得的熱譜圖與第一階段數(shù)字模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
用于測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪結(jié)構(gòu)(圖片來(lái)自DGA發(fā)布)該技術(shù)需要熱敏涂料，應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片，通過(guò)顏色變化測(cè)量溫度。這種涂料非常脆弱，根據(jù)其成分，它只能承受單一的熱應(yīng)力。然后就會(huì)失去原有屬性。DGA解釋說(shuō)，“這種類型的測(cè)試不多見(jiàn)，DGA最近的一次推進(jìn)劑測(cè)試可以追溯到2010年。”DGA在分析Thermocolor測(cè)試結(jié)果后，該項(xiàng)目還將進(jìn)行持續(xù)數(shù)月的“耐久性”測(cè)試，目的是加速這些新發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的老化，以檢查它們的使用壽命以及它們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保證高水平運(yùn)行性能的能力。與此同時(shí)，位于圖盧茲附近巴爾馬的DGA Techniques航空技術(shù)和測(cè)試中心正在與賽峰集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)耐高溫的新型陶瓷材料。它還將在未來(lái)幾年對(duì)新一代金屬材料進(jìn)行測(cè)試。“這些進(jìn)步中的每一個(gè)都是技術(shù)創(chuàng)新難題中獨(dú)特而必要的一部分。結(jié)合最新一代發(fā)動(dòng)機(jī)，它們將有可能達(dá)到FCAS計(jì)劃預(yù)期的性能水平，”DGA總結(jié)道。據(jù)法國(guó)武裝力量部稱，法國(guó)、德國(guó)和西班牙在未來(lái)空戰(zhàn)系統(tǒng)(FCAS)框架內(nèi)開(kāi)發(fā)的新一代戰(zhàn)斗機(jī)(NGF)第六代戰(zhàn)斗機(jī)將需要比目前裝備在 “陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)上的賽峰M88發(fā)動(dòng)機(jī)或“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)上的EJ200發(fā)動(dòng)機(jī)更強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)。更高的推力意味著更高的溫度。渦輪機(jī)入口處的溫度可能達(dá)到2100K(1826.85℃)——比M88高250K(250℃)。目前的材料無(wú)法滿足這樣的溫度需求。因此，DGA與法國(guó)國(guó)家航空航天研究中心(ONERA)和發(fā)動(dòng)機(jī)制造商賽峰集團(tuán)簽訂了合同，以加速“用于渦輪葉片和輪盤(pán)高溫應(yīng)用的新型金屬合金和多層系統(tǒng)(ADAMANT)”的開(kāi)發(fā)。為了在傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法滿足的短時(shí)間內(nèi)完成這一任務(wù)，該計(jì)劃將使用多種創(chuàng)新解決方案，例如數(shù)字冶金、人工智能和數(shù)據(jù)挖掘。“該項(xiàng)目的成功將基于冶金學(xué)家、化學(xué)家和機(jī)械師的科學(xué)專業(yè)知識(shí)與新數(shù)字技術(shù)的結(jié)合，”該部解釋說(shuō)。在此之前，F(xiàn)CAS發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)委托給了法國(guó)賽峰集團(tuán)和德國(guó)MTU航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司。經(jīng)過(guò)賽峰集團(tuán)牽頭的初步開(kāi)發(fā)后，兩家制造商最終新組建了歐洲軍用發(fā)動(dòng)機(jī)團(tuán)隊(duì)(EUMET)負(fù)責(zé)研制，旨在獲得新發(fā)動(dòng)機(jī)的認(rèn)證，西班牙ITP公司作為EUMET的主要合作伙伴參與。其中賽峰集團(tuán)負(fù)責(zé)研制熱端部件及發(fā)動(dòng)機(jī)集成，MTU航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司負(fù)責(zé)研制冷端部件及維護(hù)、修理和大修(MRO)服務(wù)，ITP公司負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)低壓渦輪和噴管等工作。為了滿足FCAS的超聲速巡航和長(zhǎng)時(shí)間低速巡航的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)將具有變循環(huán)能力，以及2100K左右的渦輪前溫度。此外，該發(fā)動(dòng)機(jī)將能匹配戰(zhàn)斗機(jī)的隱身性能，并應(yīng)用混合動(dòng)力以管理飛機(jī)上的能源。該發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)的研發(fā)工作將首先在M88發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，賽峰集團(tuán)將在2025年完成M88發(fā)動(dòng)機(jī)改型，為首架FCAS驗(yàn)證機(jī)提供動(dòng)力，并在2027年制造出發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)。法國(guó)和德國(guó)計(jì)劃在2024—2026年做出正式的研發(fā)決策，2031年前完成發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、組裝和鑒定試驗(yàn)，然后開(kāi)始飛機(jī)原型機(jī)的飛行試驗(yàn)和軍方鑒定，2040年開(kāi)始交付。此外，賽峰集團(tuán)研究、技術(shù)和創(chuàng)新總監(jiān)Stéphane Cueille此前曾強(qiáng)調(diào)為FCAS戰(zhàn)斗機(jī)生產(chǎn)改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī)所需的進(jìn)步。他在賽峰集團(tuán)的新聞稿中概述說(shuō)：“這種新一代戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)該能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的超音速推力能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間低速巡航。因此，它的引擎應(yīng)該是通用的。它也將更緊湊更輕，它的推力——比陣風(fēng)更強(qiáng)大——將使FCAS能夠攜帶更多武器?！?/section>三、新發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)型號(hào)——M88發(fā)動(dòng)機(jī)
2007年巴黎航展上的M88發(fā)動(dòng)機(jī)M88是為滿足90年代多用途戰(zhàn)斗機(jī)研制的一種先進(jìn)雙轉(zhuǎn)子加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。其方案研究工作始于70年代末。整個(gè)研制計(jì)劃包括5500小時(shí)的地面試驗(yàn)和4000小時(shí)的飛行試驗(yàn)，研制費(fèi)用為16億美元。按照飛機(jī)任務(wù)要求，在循環(huán)參數(shù)選擇上采用盡可能高的渦輪進(jìn)口溫度、中到高的總增壓比和中等涵道比。采用的新技術(shù)主要有三維有粘葉輪機(jī)氣動(dòng)計(jì)算方法、單晶渦輪葉片、粉末冶金渦輪盤(pán)、樹(shù)脂基復(fù)合材料(PMR-15)外涵機(jī)匣、陶瓷基復(fù)合材料噴管調(diào)節(jié)片和余度式全權(quán)數(shù)字式電子控制系統(tǒng)。與阿塔9K50相比，M88-2長(zhǎng)度短40%，重量輕45%，推重比高88%。初始故障間隔時(shí)間100～150h。圖表：M88發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)
資料來(lái)源：調(diào)研整理
作為法國(guó)、德國(guó)和西班牙計(jì)劃中的未來(lái)主力戰(zhàn)機(jī)，未來(lái)空戰(zhàn)系統(tǒng)(FCAS)的新一代戰(zhàn)斗機(jī)將代表著多種技術(shù)突破，這其中動(dòng)力裝置的研制開(kāi)發(fā)是重中之重，尤其考慮到歐洲各國(guó)缺乏第五代戰(zhàn)機(jī)的研制經(jīng)驗(yàn)，直接著手研制所謂第六代戰(zhàn)機(jī)面臨的困難較大。歐洲在大型航空裝備研發(fā)上有聯(lián)合的傳統(tǒng)，主要考慮技術(shù)難度和未來(lái)市場(chǎng)等綜合因素，法德兩國(guó)珠聯(lián)璧合，確定了下一代動(dòng)力的發(fā)展路線，并完成了部分關(guān)鍵技術(shù)的研究驗(yàn)證，為項(xiàng)目后續(xù)發(fā)展奠定了一定基礎(chǔ)。
參考資料
[1] France completes first engine test for its 6th generation fighter
[2] Safran contracted to speed up 6th generation fighter jet engine development
[3] French DGA, Safran Complete Test of New Turbine Concept for FCAS Aircraft
[4] More Powerful Than Rafales, France Tests New Generation Fighter (NGF) Engine Designed For ‘Future Battles’
[5] M88 Engine from Rafale to initially Power European Next Generation Fighter
－?The End －
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