砺道智库 2024-02-07 11:29 山西
据沙盒网2月5日报道，隐形战斗机的好坏取决于为其提供动力的发动机。美国能够有效地部署足够数量的此类先进发动机来装备高端战斗机机队。俄罗斯去年12月宣布其国产第五代发动机（在大多数国际圈子里称为土星AL-51）也将于2024年实现批量生产。这些新发动机的加入将为俄罗斯Su-57的战斗性能和隐身性带来明显提升——这是俄罗斯第五代喷气式飞机比其他同类喷气式飞机更难解决的问题。
F-22的突破性发动机
尽管当今战斗机普遍关注隐身性以及较小程度的数据融合，但美国的涡扇发动机优势同样有价值，它通过高功率输出和精心设计的雷达和红外探测缓解相结合，使美国战斗机脱颖而出。
普惠公司的F119涡扇发动机于1983年开始开发，该发动机后来成为世界上第一架第五代战斗机的发动机，通用电气和普惠公司都获得了原型设计合同。
通用电气在隐形飞机发动机部署方面一直是明显的领先者，已经成功改装了最初为F/A-18大黄蜂开发的F404涡扇发动机，以在F-117夜鹰上执行隐身任务。该公司还开发了B-2Spirit的F118涡轮风扇发动机，该发动机是F110发动机的非加力衍生品，其隐身性更高，多年来已在多种战斗机上服役，包括F-16、F-15E和新型F-110发动机。
GE令人难以置信的前倾YF120发动机设计具有更高的性能，这在很大程度上要归功于其突破性的可变循环设计，该设计使用旁通管使发动机在大多数飞行状态下都能像低旁通涡轮风扇发动机一样工作，但过渡到几乎完整的涡轮喷气发动机功能在高海拔地区，效率会更高。
但这种高科技方法与普惠公司更扎实但仍具有开创性的提案相比，同样具有较高的重量损失和复杂性。
普惠公司的YF119可能更加务实一点，但它并不缺乏技术进步。YF119借鉴了美国陆军先进涡轮发动机气体发生器(ATEGG)计划的先前开发成果，为涡轮风扇叶片成形提供最佳效率，并借鉴了联合技术演示发动机(JTDE)计划，以减少所需的级数相同的功率输出。因此，普惠公司革命性的新型发动机设计可以将压气机级数从F100等发动机的10级减少到仅6级，从而使发动机设计的推力输出增加22%，而零件数量减少了40%。
他们的YF119设计的多变量、线性二次调节器控制系统可以在所有飞行条件下实现极其精确的发动机控制，在几乎所有情况下最大限度地提高效率和性能，并且配备了主动管理工具集和新的可靠性跟踪系统，如在线油屑监测传感器，可实时评估发动机磨损，以进一步简化和减少维护和维修要求。
它的三区加力燃烧室将燃油喷射器放置在厚而弯曲的叶片中，旨在阻挡涡轮机的视线；这些叶片涂有早期基于陶瓷的雷达吸收材料，以进一步减少雷达探测。发动机喷嘴提供±20°推力矢量，可实现令人难以置信的特技飞行性能、在高空提供更好的控制以及在更高迎角下更有效的飞行，使用楔形襟翼来减少雷达回波，同时还有助于主动混合发动机排气与环境空气一起排出，以降低热（或红外）可检测性。
当YF-22及其YF119发动机成熟为F-22和F119时，它们代表了历史上所有战斗机中最先进的机身/发动机组合，具有前所未有的推力矢量机动性，是普惠公司声称的两倍当前状态涡轮风扇发动机在超音速飞行时的推力。
这些新型F119发动机在加力燃烧器下的功率输出比为SR-71Blackbird提供动力的J58更大，因此在标准军用功率下（每台约26,000磅）可以比F-15C发动机在加力燃烧器启动时输出更大的推力。事实上，F-22拥有足够的动力，不仅可以在军事力量下保持超音速，而且可以在完全不使用加力的情况下加速到超过1马赫。它甚至可以在“超级巡航”（或不加力飞行）时保持高达1.8马赫的速度。
简而言之，F119与F-22完全一样，为美国提供了决定性的空中力量优势。
俄罗斯的AL-51
俄罗斯首屈一指的隐形战斗机-苏霍伊Su-57，经历了一个陷入困境的开发和生产周期，但事实是，与像F-22在某种程度上扭曲了人们对俄罗斯航空技术重大飞跃的看法。
据称，虽然在雷达屏幕上Su-57的设计估计比F-22大数千倍，但在雷达上估计它比其前身小16-30倍，Su-27——尽管远远落后于国外同行，但仍标志着重大设计改进。尽管如此，隐身性只是Su-57计划陷入困境的众多领域之一——虽然产量很容易成为这款飞机的主要缺点（迄今为止服役的Su-57不足20架），但俄罗斯长期存在的第五代发动机问题可能会给该机带来严重影响。
俄罗斯目前服役的少数Su-57均采用推力矢量Al-41F1发动机的更新版本，该发动机也为该国第四代Su-35S提供动力。这款涡轮风扇发动机自20世纪80年代以来一直在飞行，尽管在安装到Felon之前它包含了更新的发动机控制系统。
虽然这些发动机已经过时，但在加力燃烧室下可产生相当大的功率，Su-57机身中的每台涡轮风扇发动机都能够输出约32,000磅的推力，几乎与为F-22提供动力的F119相当，但俄罗斯发动机在没有军事力量之前，F119的推力只有19,900磅，而F119的推力高达26,000磅。
因此，俄罗斯声称Su-57可以进行超级巡航，但按照美国的标准，其性能实际上达不到这一称号。美国空军认为“超级巡航”是指在没有加力燃烧室的情况下以1.5马赫或更高的速度飞行，因为许多美国第四代战斗机实际上可以在没有加力燃烧室的情况下暂时保持较低的超音速。然而，俄罗斯认为任何没有加力燃烧室的超音速飞行都是“超级巡航”，因此尽管Su-57在干飞行中可能只能达到1.3马赫左右。
然而更糟糕的是，这些发动机并不是为隐形应用而设计的，因此，由于省略了雷达回波缓解喷嘴或将排出的废气与周围环境进行主动混合，俄罗斯的隐形战斗机更容易被雷达和红外系统探测到。简而言之，Su-57可能是一款能力强大的战斗机，但它并不是一款隐形战斗机，而且它的发动机是这个问题的一个重要组成部分。
这就是AL-51终于登场的地方。虽然Su-57于2010年开始飞行，但为其提供动力的发动机直到2015年才开始正式开发，并计划于今年晚些时候开始将其安装在机身中。俄罗斯媒体广泛声称，这些新型发动机与美国第五代发动机相当甚至更先进。
俄罗斯报告强调，这些新型AL-51发动机将非常强大。其非加力推力约为24,300磅，略低于猛禽，但后燃功率却高达37,500磅。自该计划开始以来，俄罗斯媒体声称，在可维护性和燃油效率方面也取得了显著改进，这似乎与他们的努力的发展阶段相符，但有趣的是，官方很少讨论新发动机的任何隐形改进设计。
有分析称，这些AL-51似乎将帮助Su-57进一步领先于第四代。
另一场涡扇革命：自适应循环发动机
早在2016年，美国空军生命周期管理中心推进局就悄悄向通用电气和普惠公司授予了新的开发合同，以部署下一代涡扇发动机，旨在用它们为下一代隐形战斗机提供动力。
从历史上看，每种涡轮风扇设计都代表着各种妥协，包括平衡高端功率输出与远程效率的需要。因此，为货机、间谍飞机等设计的涡轮风扇发动机往往优先考虑燃油经济性而不是发电，而战斗机发动机则优先考虑高端性能而不是航程。然而，自适应循环发动机（例如AETP计划中正在开发的发动机）旨在放弃这种妥协。
GEEdisonWorks先进作战发动机总经理大卫·特威迪称：“空军的目标是开发下一代战斗机发动机架构和技术，以实现战斗推进能力的代际跨越。”
这项称为自适应发动机过渡计划(AETP)计划将推力比为F135适度增加10%，同时航程增加25%，热管理也大幅提高。
为了实现这一目标，这些新发动机设计为在不同的功能“模式”下运行。当飞行员需要发动机在战斗中发挥最佳性能时，他们可以用力踩油门，发动机的管理系统将根据提示切换到重燃高推力模式以获得最大功率。相反，在巡逻时，发动机将保持高效、低燃烧模式，以延长每加仑燃料提供的里程或徘徊时间。
2021年5月，GE的XA100自适应循环发动机轰鸣而出，立即超越了空军的目标。特威迪表示，他们发现几乎整个飞行包线的推力增加了10%以上，某些区域的推力增加了20%。但推力并不是XA100唯一擅长的领域。通过在不同的推进模式下运行，该发动机还提供了巨大的经济性提升。
“当你将其转化为对平台的意义时，就会发现续航里程增加了30%，或者徘徊时间增加了50%，具体取决于你希望如何利用燃油燃烧改进。随着推力的增加，加速度和战斗能力显着增加。”
有一段时间，五角大楼甚至评估将这些先进的新型发动机添加到F-35中，作为其Block4升级的一部分。最终，美国国防部选择了简单升级现有F135的更便宜的路线。
斯内登表示，这些更新的发动机将采用先进的复合材料和陶瓷基材料，以减轻重量并进一步增强其热管理能力，预计它们将及时投入使用，为下一代制空战斗机提供动力。
