■ 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(jī)發(fā)動機(jī)，預(yù)計到2040年左右將基本實(shí)現(xiàn)新一代戰(zhàn)斗機(jī)動力換裝，屆時渦輪發(fā)動機(jī)在制空作戰(zhàn)飛機(jī)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(jī)又稱空中優(yōu)勢戰(zhàn)斗機(jī)，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(yuǎn)程截?fù)?，部分還可以承擔(dān)對地攻擊任務(wù)。第二次世界大戰(zhàn)（二戰(zhàn)）之后，制空作戰(zhàn)飛機(jī)基本以渦輪發(fā)動機(jī)作為主要動力，結(jié)合國內(nèi)外戰(zhàn)斗機(jī)和發(fā)動機(jī)的劃代標(biāo)準(zhǔn)，至今已發(fā)展的制空作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(duì)，是航空裝備技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。

第一代戰(zhàn)斗機(jī)動力發(fā)展及特點(diǎn)

第一代戰(zhàn)斗機(jī)是指1945年后研制的高亞聲速戰(zhàn)斗機(jī)，目前都已退出現(xiàn)役。這一時期，空軍成為獨(dú)立軍種，航空力量成為大國發(fā)展的重點(diǎn)，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(zhǔn)備，攔截轟炸機(jī)成為空軍重點(diǎn)任務(wù)。二戰(zhàn)后第一批裝備部隊(duì)使用的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)翼的戰(zhàn)斗機(jī)——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(jī)逐步區(qū)分為以空戰(zhàn)格斗為主的制空型戰(zhàn)斗機(jī)和以截?fù)魯撤睫Z炸機(jī)為主的截?fù)魴C(jī)，同時兼具對地攻擊任務(wù)；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(jī)取代活塞式發(fā)動機(jī)，主要采用機(jī)頭進(jìn)氣，少數(shù)裝備雷達(dá)的截?fù)魴C(jī)采用了機(jī)身兩側(cè)、肋下進(jìn)氣或者布置在機(jī)翼中部的獨(dú)立發(fā)動機(jī)艙。

配裝J47渦噴發(fā)動機(jī)的F-86戰(zhàn)斗機(jī)

德國和英國在二戰(zhàn)中分別研制出了實(shí)用的渦噴發(fā)動機(jī)，并以此裝備早期的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)。美國二戰(zhàn)后的渦噴發(fā)動機(jī)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(jī)。蘇聯(lián)則在德國渦噴發(fā)動機(jī)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(jìn)研制了VK-1和VK-1F加力式渦噴發(fā)動機(jī)，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(jī)，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(lán)寶石”（Sapphire）發(fā)動機(jī)，后者被美國萊特公司引進(jìn)，命名為J65發(fā)動機(jī)。法國二戰(zhàn)后開始在德國BMW 003噴氣發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上，改進(jìn)和推出自己的阿塔發(fā)動機(jī)系列，成為法國早期的主力軍用渦噴發(fā)動機(jī)。第一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)基本為單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動機(jī)，壓氣機(jī)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(biāo)參數(shù)

總增壓比在5∶1左右，軸流式壓氣機(jī)平均級壓比基本在1.2∶1以下，級數(shù)達(dá)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(jī)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(jī)級數(shù)、加裝加力燃燒室等方法增加發(fā)動機(jī)推力。關(guān)鍵技術(shù)包括單級高壓比離心壓氣機(jī)、多級軸流式壓氣機(jī)、環(huán)管型燃燒室、加力燃燒室等，開始采用可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)流葉片、級間放氣等方法解決壓氣機(jī)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(dú)立研發(fā)渦噴發(fā)動機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)都是在英國和德國的早期型發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上仿制和改進(jìn)而來。這一時期渦噴發(fā)動機(jī)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(jìn)改型為目標(biāo)，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(jìn)。產(chǎn)品研制前一般都沒有確定的裝機(jī)對象，在用于戰(zhàn)斗機(jī)的同時很多也用于轟炸機(jī)。

第二代戰(zhàn)斗機(jī)動力發(fā)展及特點(diǎn)

第二代戰(zhàn)斗機(jī)是指20世紀(jì)50年代中期到60年代末期服役的超聲速戰(zhàn)斗機(jī)，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(jī)，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?fù)舴志€發(fā)展。隨著戰(zhàn)斗機(jī)性能的全面提升和國防采辦改革，從20世紀(jì)60年代開始防空截?fù)魴C(jī)開始與制空戰(zhàn)斗機(jī)融合，具有良好多用途特性的裝備成為發(fā)展重點(diǎn)，甚至實(shí)現(xiàn)軍種通用。

第二代戰(zhàn)斗機(jī)普遍向高空高速方向發(fā)展，最大速度達(dá)馬赫數(shù)（Ma）2左右、有的甚至達(dá)到Ma3，實(shí)用升限超過18000m，機(jī)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(dǎo)彈，重型化傾向明顯。第二代戰(zhàn)斗機(jī)前期分為制空型戰(zhàn)斗機(jī)和截?fù)魴C(jī)分線發(fā)展，后期開始服役多用途戰(zhàn)斗機(jī)；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(dá)到Ma3一級，主要采用機(jī)體兩側(cè)進(jìn)氣，發(fā)動機(jī)多采用機(jī)體內(nèi)部或兩側(cè)肋下安裝。

眾多第二代戰(zhàn)斗機(jī)得以問世，有賴于各國研制出一批適合Ma2以上飛機(jī)的渦噴發(fā)動機(jī)，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(dá)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(jī)的出現(xiàn)為戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)使用。因此，在20世紀(jì)60年代，英國、美國在民用渦扇發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上研制出斯貝MK202和TF30，分別用于英國從美國引進(jìn)的F-4M/K戰(zhàn)斗機(jī)、美國的F-111戰(zhàn)斗轟炸機(jī)和F-14A艦載戰(zhàn)斗機(jī)。第二代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)的主要特征包括以下幾個方面。

配裝R11-300渦噴發(fā)動機(jī)的米格-21戰(zhàn)斗機(jī)

結(jié)構(gòu)形式

第二代戰(zhàn)斗機(jī)動力以軸流式渦噴發(fā)動機(jī)為主，結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)雙轉(zhuǎn)子，通過增加壓氣機(jī)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(yīng)用了渦扇發(fā)動機(jī)，均為雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。都采用了加力燃燒室。

指標(biāo)參數(shù)

加力式渦噴發(fā)動機(jī)總壓比提高到8～13∶1，平均級壓比為1.2∶1左右，最高達(dá)到1.44∶1，渦輪進(jìn)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(dá)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(jī)總壓比進(jìn)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(jī)相當(dāng)。

關(guān)鍵技術(shù)

這一代發(fā)動機(jī)所處的時期航空技術(shù)取得了大發(fā)展，在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)了多項(xiàng)創(chuàng)新成果，戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)是其主要應(yīng)用對象。雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)大大提升了發(fā)動機(jī)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(yīng)用解決了壓氣機(jī)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(jī)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(jī)的研制，實(shí)現(xiàn)了基于渦噴發(fā)動機(jī)的變循環(huán)工作模式。

研發(fā)模式

第二代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)由于需求膨脹快、機(jī)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(jìn)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(jī)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(yù)研計劃促進(jìn)核心機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)通用性較強(qiáng)，初期部分發(fā)動機(jī)更是為滿足戰(zhàn)略轟炸機(jī)的需求而研發(fā)，多種戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)都同時用于轟炸機(jī)甚至衍生用于民用飛機(jī)。后期用于戰(zhàn)斗機(jī)的渦扇發(fā)動機(jī)則大多由民用發(fā)動機(jī)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(jī)上普遍表現(xiàn)出高速性能不佳。蘇聯(lián)的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)則與轟炸機(jī)發(fā)動機(jī)的設(shè)計分開，保證了對戰(zhàn)斗機(jī)特定需求的滿足，但初期過于追求推重比，導(dǎo)致工作穩(wěn)定性差，不得不增加壓氣機(jī)級數(shù)。法國則在壓氣機(jī)設(shè)計方面提升較慢，并長期堅(jiān)持單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，在性能指標(biāo)和使用性能上存在差距，只有靠飛機(jī)良好的氣動設(shè)計才能與其他國家保持相當(dāng)。

第三代戰(zhàn)斗機(jī)動力發(fā)展及特點(diǎn)

第三代戰(zhàn)斗機(jī)是指20世紀(jì)70年代到90年代服役的超聲速戰(zhàn)斗機(jī)，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(yàn)推動了空戰(zhàn)模式和飛機(jī)研發(fā)理念的變革，要求突出機(jī)動性能、全天候作戰(zhàn)性能和遠(yuǎn)距發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力。美國、蘇聯(lián)等國空軍機(jī)隊(duì)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(jī)和輕型多用途戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)，能夠遂行制空、截?fù)?、對地對海攻擊和偵察等多種任務(wù)。第三代戰(zhàn)斗機(jī)大多采用中等后掠角梯形機(jī)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(jī)，實(shí)現(xiàn)低翼載、高推重比和高機(jī)動性?？諔?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(jī)高機(jī)動性的要求，其發(fā)動機(jī)的推重比普遍達(dá)到8一級。自1974年美國普惠公司研制成功F100發(fā)動機(jī)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(jī)投入使用，用于F-15、F-16、米格-29、蘇-27、“狂風(fēng)”和“幻影2000”以及JAS-39“鷹獅”等戰(zhàn)斗機(jī)上，并在使用中不斷改進(jìn)可靠性、耐久性和性能。到20世紀(jì)90年代，歐洲推出了號稱“三代半”戰(zhàn)斗機(jī)的“臺風(fēng)”和“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)，分別采用了EJ200和M88發(fā)動機(jī)，結(jié)構(gòu)更加簡單，推重比更高。第三代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)的主要特征包括以下幾個方面。

配裝M88渦扇發(fā)動機(jī)的“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)

結(jié)構(gòu)形式

第三代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)均為軸流式加力渦扇發(fā)動機(jī)，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(jī)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(kuò)噴管。

指標(biāo)參數(shù)

第三代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)性能參數(shù)水平大幅提升，總壓比普遍達(dá)到20以上，少數(shù)超過30，平均級壓比達(dá)到1.3左右，渦輪進(jìn)口溫度為1300～1500℃之間，最大推力達(dá)到120～150kN，單位推力1000 ～ 1200N/（kg / s）， 推 重 比 普遍達(dá)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(jī)的高單位推力要求，涵道比逐漸縮小。同時發(fā)動機(jī)壽命大幅提升，后期型可達(dá)到4000h。

關(guān)鍵技術(shù)

這一代發(fā)動機(jī)最核心的要求是滿足戰(zhàn)斗機(jī)高機(jī)動性的需求，重點(diǎn)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(yīng)用整體葉盤、單晶葉片、鈦合金和復(fù)合材料等。

研發(fā)模式

第三代戰(zhàn)斗機(jī)多為一機(jī)一發(fā)匹配，或在兩型戰(zhàn)斗機(jī)之間通用，發(fā)動機(jī)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(yù)研模式，在研制流程中設(shè)置技術(shù)成熟（驗(yàn)證機(jī)）階段。由于使用需求論證相對明確和準(zhǔn)確，發(fā)動機(jī)的功能和指標(biāo)能夠滿足第三代戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)的改進(jìn)改型相比之前大幅減少。

這一代發(fā)動機(jī)大多是專門針對第三代戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)，通用性較差。而從轟炸機(jī)發(fā)動機(jī)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(diǎn)，其核心機(jī)還衍生發(fā)展出了CFM56民用發(fā)動機(jī)，但從戰(zhàn)斗機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用來說，該發(fā)動機(jī)并不適用于高速高機(jī)動的戰(zhàn)斗機(jī)，美國空軍也都是用在偏重對地攻擊任務(wù)的F-16、F-15E以及出口型的F-15K/SG等多用途戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)。歐洲研制的EF2000戰(zhàn)斗機(jī)突出高速性能，因此EJ200的涵道比只有0.4，甚至可實(shí)現(xiàn)Ma1.4的超聲速巡航，而法國的“陣風(fēng)”盡管是多用途戰(zhàn)斗機(jī)，所用的M88發(fā)動機(jī)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(biāo)。

第四代戰(zhàn)斗機(jī)動力發(fā)展及特點(diǎn)

第四代戰(zhàn)斗機(jī)是指21世紀(jì)初開始服役的超聲速戰(zhàn)斗機(jī)。由于冷戰(zhàn)結(jié)束，各國發(fā)展先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的緊迫性大幅降低，研制進(jìn)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(jī)研制初期以制空為主，后期突出多用途和經(jīng)濟(jì)可承受性，目標(biāo)是大量替代第三代戰(zhàn)斗機(jī)和攻擊機(jī)。氣動布局大多采用中等后掠角梯形機(jī)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(jī)動性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)隱身、超聲速巡航和短距起降能力。

配裝F135發(fā)動機(jī)的F-35戰(zhàn)斗機(jī)

第一種第四代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)。它吸取了F100發(fā)動機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，采用一體化產(chǎn)品研制方法研制，達(dá)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(jī)基礎(chǔ)上，普惠公司研制出F135發(fā)動機(jī)，用于F-35戰(zhàn)斗機(jī)，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(jī)基礎(chǔ)上增加了齒輪傳動升力風(fēng)扇、三軸承轉(zhuǎn)向噴管和控制噴管。

俄羅斯四代機(jī)的動力分為兩個階段：第一階段動力117（AL-41F1）發(fā)動機(jī)是在Al-31F發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的雙轉(zhuǎn)子加力渦扇發(fā)動機(jī)，不能保證蘇-57戰(zhàn)斗機(jī)實(shí)現(xiàn)持續(xù)的不加力超聲速巡航，同時在雷達(dá)和紅外隱身方面考慮不夠。為了滿足蘇-57的全部性能指標(biāo)要求，俄羅斯研制了全新的“產(chǎn)品30”發(fā)動機(jī)，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(duì)。第四代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)均為軸流式加力渦扇發(fā)動機(jī)，采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括3級風(fēng)扇、5～6級壓氣機(jī)、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(biāo)參數(shù)

這一代發(fā)動機(jī)的循環(huán)參數(shù)更加適應(yīng)高機(jī)動性作戰(zhàn)的需求，渦輪前溫度進(jìn)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(jī)動力相當(dāng)?shù)乃健?/p>

關(guān)鍵技術(shù)

這一代發(fā)動機(jī)壓縮系統(tǒng)全面采用整體葉盤結(jié)構(gòu)，鈦合金、復(fù)合材料得到大量應(yīng)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(jī)性能和信號特征，可靠性、耐久性成倍增長，全生命周期費(fèi)用降低25%～30%。

研發(fā)模式

這一代發(fā)動機(jī)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(jī)技術(shù)預(yù)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(jī)的性能、可靠性和經(jīng)濟(jì)可承受性大幅提高。F119發(fā)動機(jī)到目前為止還沒有進(jìn)行大的改進(jìn)升級。在此基礎(chǔ)上，美國利用其核心機(jī)發(fā)展出了F135發(fā)動機(jī)，突出了通用性和經(jīng)濟(jì)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(jī)發(fā)動機(jī)改進(jìn)，滿足蘇-57第一階段需求，同時研制全新的發(fā)動機(jī)作為第二階段動力。

下一代戰(zhàn)斗機(jī)動力發(fā)展趨勢分析

美國一直在推進(jìn)新一代戰(zhàn)斗機(jī)動力的研發(fā)，并將自適應(yīng)發(fā)動機(jī)確定為美國空軍下一代戰(zhàn)斗機(jī)的動力形式，開展了持續(xù)的技術(shù)成熟與風(fēng)險降低工作。美國空軍通過“自適應(yīng)通用發(fā)動機(jī)技術(shù)”（ADVENT）、“自適應(yīng)發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展”（AETD）和“自適應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)移項(xiàng)目”（AETP）推進(jìn)下一代發(fā)動機(jī)技術(shù)成熟工作，而海軍則通過“變循環(huán)先進(jìn)技術(shù)”（VCAT）項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)成果滿足海軍的應(yīng)用需要。2019年2月，GE航空完成AETP項(xiàng)目XA100驗(yàn)證機(jī)詳細(xì)設(shè)計，計劃到2021年整臺發(fā)動機(jī)整機(jī)試車，之后通過競標(biāo)進(jìn)入工程研制階段，2030年左右裝備部隊(duì)。

“暴風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)計劃2040年正式服役。法國賽峰集團(tuán)和德國MTU航空發(fā)動機(jī)公司共同負(fù)責(zé)研發(fā)下一代動力系統(tǒng)，由賽峰負(fù)責(zé)研制熱端部件及發(fā)動機(jī)集成，MTU負(fù)責(zé)研制冷端部件及維護(hù)、修理和大修（MRO）服務(wù)。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(jī)將具有變循環(huán)能力，渦輪前溫度將達(dá)到2100℃左右。此外，該發(fā)動機(jī)將能匹配戰(zhàn)斗機(jī)的隱身性能，并應(yīng)用混合動力以管理飛機(jī)上的能源。該發(fā)動機(jī)驗(yàn)證機(jī)的研發(fā)工作將首先在M88發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，賽峰集團(tuán)將在2025年完成M88發(fā)動機(jī)改型，為首架FCAS驗(yàn)證機(jī)提供動力，并在2027年制造出發(fā)動機(jī)驗(yàn)證機(jī)。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(jī)的設(shè)計、組裝和鑒定試驗(yàn)，然后開始飛機(jī)原型機(jī)的飛行試驗(yàn)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(fēng)”的新一代戰(zhàn)斗機(jī)，計劃2025年開始驗(yàn)證機(jī)試飛，2035年交付。發(fā)動機(jī)由羅羅公司負(fù)責(zé)研發(fā)，將采用抗畸變風(fēng)扇、嵌入式電起動機(jī)發(fā)電機(jī)、先進(jìn)復(fù)合材料和增材制造、全集成熱管理系統(tǒng)，使發(fā)動機(jī)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(jìn)高馬赫數(shù)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計、發(fā)展、分析和試驗(yàn)研究合同，評估高超聲速與下一代飛機(jī)平臺的關(guān)系，并研究如何將英國反應(yīng)發(fā)動機(jī)公司“佩刀”發(fā)動機(jī)技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前的超聲速渦輪發(fā)動機(jī)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(jī)原型機(jī)，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(dá)到1800℃，并在隨后的試車中實(shí)現(xiàn)了不加力推力11t、加力推力15t的預(yù)定指標(biāo)。日本防衛(wèi)裝備廳還開展了小涵道比渦扇發(fā)動機(jī)變循環(huán)技術(shù)研究，并計劃在XF9-1發(fā)動機(jī)上進(jìn)行自適應(yīng)循環(huán)技術(shù)驗(yàn)證。

可以看出，下一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)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(jìn)展來看，加力式渦扇發(fā)動機(jī)仍是下一代戰(zhàn)斗機(jī)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(yīng)技術(shù)。其中美國空軍已經(jīng)明確下一代戰(zhàn)斗機(jī)采用自適應(yīng)發(fā)動機(jī)，法國和德國也提出將應(yīng)用變循環(huán)技術(shù)，日本也開始探索自適應(yīng)發(fā)動機(jī)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(qiáng)的熱管理能力將成為下一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)的共同特征。

結(jié)束語

制空作戰(zhàn)飛機(jī)用渦輪發(fā)動機(jī)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(yīng)發(fā)動機(jī)，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(dú)立的技術(shù)特征，其用途相對單一，同時卻應(yīng)用了渦輪發(fā)動機(jī)最先進(jìn)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(shí)力的集中體現(xiàn)。從當(dāng)前航空動力技術(shù)的發(fā)展來看，在制空作戰(zhàn)飛機(jī)上渦輪發(fā)動機(jī)的核心地位幾十年內(nèi)尚無法替代，未來將進(jìn)一步擴(kuò)大速度、高度范圍，提升自適應(yīng)和智能化水平，并成為前沿技術(shù)最先應(yīng)用的平臺，引領(lǐng)軍用航空動力技術(shù)的發(fā)展方向。