美国公开六代机 将使用最新型的变循环发动机 

fgoa 提交于 周一, 05/24/2021 - 08:23

美国公开六代机 将使用最新型的变循环发动机 

        美国空军在今年4月公布了《2019-2020年度采购报告》,在报告中第一次公布了美国下一代空中优势项目(Next Generation Ait Dominance NGAD)第六代战斗机,包括这款全新战机的概念图和设计理念一并发布。这意味着,在被我空军歼-20战斗机夺取“空战第一”的名头后,美国开始了行动,他们目前已经停止了全速生产F-35战斗机,也制定了逐步退役F-22A战斗机的计划,把经费和人力、物力都集中在研发第六代战斗机上,六代机时代就要到来! 在美国这次公布的报告中,明确了美国空军未来的主力战斗机构成,他们计划在2030年左右,把美国空军的主力战斗机固定为4个型号~1.NGAD(即)第六代战斗机、2.F-35第五代隐身战斗机、3.F-15EX和4.F-16C/D(或其改进型)。美军认为,这样的组合要比现在七种主力机型的规划更加灵活,且能够高效完成各种制空和打击作战任务。

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上图为美军2019-2020年度采购报告的封皮。其中公布了大量的美军新型武器发展信息。

         美国国防部已经和雷神公司签署了一项协议,该协议的主要目的是为美国空军未来所有战斗机整合AIM-120D先进空空导弹的使用能力,这一计划中就包括F-35、F-15、F-16以及F/A-18等战斗机,其中F/A-18是海军的舰载机,剩下的机型都是美军现役战斗机。而声名赫赫的F-22A以及被排除在采购计划之外。F-22A战斗机于1995年首飞,目前服役183架,由于造价昂贵,单价达到了1.2亿美元,维护费用和使用费用更是惊人,因此被美国空军停止了采购,如今生产线以经停产多年,到2030年将会开始从美军退役。

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图为F-22A战斗机,他已经从过去的美军“宠儿”,变成了现在的“弃儿”。

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图为美军2019-2020年度采购报告中出现的六代机概念图。

        可以预见美国下一代战斗机会使用无尾三角翼、变循环发动机、背负式发动机布局等设计。

NGAD有哪些先进技术?

         NGAD是一款重型隐身战斗机,这或许是它能够取代F-22A的原因,毕竟F-22A在和我国歼-20战斗机的技术对比中不占上风,其常规气动布局、较老的电子系统都是短板,造价又比歼-20高昂了许多。习贯于以大优势领先与对手的美国空军,无法承受这样的尴尬,决定弃置这块鸡肋。NGAD战斗机的服役,美国有望在全球第一个列装六代机,希望到时候将能够继续保持自己的空军战役有人驾驶空战机技术领先地位。

NGAD先进方面可以预计有几个方面:

        从美国公布的概念图中能够看出,他的隐身性能要好很多。NGAD战斗机使用无尾三角翼布局,但是保留了垂尾,这是目前高机动战斗机想要提高隐身能力的唯一途径。我们知道,最好的隐身外形就是间接、没有突出物的“三角体盒子”,而战斗机是一个外形复杂的武器,每一个可动翼面都可以看做是一个突出物,因此战斗机的机翼越少、飞行的隐身也就越好。 比如美国的B-2隐身轰炸机,他就仅保留了主翼,满足飞行需要就行,没有垂尾和尾翼,毕竟B-2不需要考虑机动能力。NGAD也是这个思路,他取消了飞机的尾翼,整个飞机只有主翼和垂尾,为什么不取消垂尾呢?因为他毕竟还是战斗机,机动性的需求让他必须保留垂尾,毕竟现代科技还没有发达到不用垂尾就能保障机动性的地步。

         其次,NGAD还使用了位于机背上方的进气、排气口,成为发动机背负式的布局,这样能够有效地掩蔽发动机的红外特征,当地面雷达或者飞行高度低于NGAD的飞机使用雷达波束扫描空域时,将无法探测到发动机的红外信号(热信号)。这一布局方式也类似于美国的B-2轰炸机。

         另外,NGAD的一大特点就是使用了变循环发动机。 目前,美国为NGAD战斗机开发了两种不同的发动机,分别是通用电气推出的XA100-GE-100发动机,以及普惠的XA101发动机。这两种发动机都是变循环发动机,通用电气最近率先公布了发动机研发的进展,他们表示XA100发动机已经完成了机械性能测试,其测试结果达到了空军提出的要求。

        对比五代机更强的隐身能力,先进的变循环发动机,以及更强大的雷达、武器,让NGAD在面对第五代战斗机的时候,确实优势很大。去年的9月14日,美国空军宣布NGAD项目进行了原型机的测试,虽然没有确信的照片公布,美国空军发布的消息也不多,但是足见美国空军对此项目的高度重视,对其寄予了厚望。

XA100变循环发动机有多强?

         NGAD第六代战斗机的一大特点是使用XA100或者XA101变循环发动机,该发动机到底有多强呢?我们先了解一下什么是变循环发动机。变循环发动机,是指在一台发动机上,通过运用特殊的设计,实现发动机热力循环和涵道比等主要性能的变化,以便于让发动机体现出不同的性能特征,比如大推力或者低油耗,或者取其中间的中推力中油耗,总之,变循环发动机能让战斗机在不同高度、不同速度、不同环境、不同状态下,都有良好的适应性。 比如,战斗机的变循环发动机发展方向主要集中在改变涵道比上。现代涡扇发动机的涵道比基本是固定的,这是飞机发动机的一个重要指标,预示了发动机的特征。比如,大涵道比发动机会很粗,他的加速性能会比较差,但是会更加省油,能够提升飞机的巡航半径,一般用于轰炸机或者运输机;或者小涵道比发动机,该发动机一般用于战斗机,他的加速性会更好一些,但是更加耗油,飞机的航程会比较小。 变循环发动机一直被视为六代机的一个必要技术,如果说五代机的特点是隐身,那六代机的特点之一就是变循环发动机。根据通用的说法,XA100-GE-100发动机推力超过了20吨,但是发动机的涵道比不会扩大很多,如果NGAD战斗机的全重是30多吨,那么使用双发动机的该战斗机推重比将会很高,飞机不光能够实现超音速巡航,而且能够在改变涵道比后,更加省油,达到在超音速状态下依然有大航程的目标。

        根据通用电气的说法,该发动机在战斗机的正常巡航状态下,油耗将比现有发动机减少25%以上,航程提高35%以上,同时让战斗机在巡航时,滞空时间增加50%。如果该发动机能够顺利发展成功,那么美国NGAD战斗机的性能将会非常惊人,其作战半径将可能会超过1500公里,空中加油后更是可能达到2000公里距离,甚至可以作为短距战略轰炸机来使用。

        总之,美国已经开始了新一代战斗机计划,而且取得了一定成果,恐怕未来5-10年就能为人熟知。