通過預(yù)先研究取得技術(shù)突破,進而推出滿足作戰(zhàn)需求的新型裝備是美軍長期以來維持作戰(zhàn)能力優(yōu)勢的重要途徑,。美國在軍用直升機發(fā)動機領(lǐng)域的研究工作也完全遵循了上述原則,。為順利研制出滿足未來作戰(zhàn)需求的全新動力系統(tǒng),近些年美軍相繼啟動了多項先進渦軸發(fā)動機技術(shù)預(yù)研計劃,。這些計劃將為未來渦軸發(fā)動機的型號研制打下堅實的基礎(chǔ),,進而全面提升美軍的作戰(zhàn)能力,強化美國在軍用直升機領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位,。
AATE計劃/ITEP項目——T700替代發(fā)動機技術(shù)預(yù)研計劃/型號研制項目
經(jīng)過多年的伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭,,美軍已經(jīng)感到“黑鷹”和“阿帕奇”直升機作戰(zhàn)能力的不足,但其配裝的T700發(fā)動機已基本挖掘出最大的性能潛力,,要繼續(xù)提高直升機的性能只能研制全新的動力系統(tǒng),。因此,美國陸軍于2007年啟動了先進經(jīng)濟可承受渦輪發(fā)動機(Advanced Affordable Turbine Engine,,AATE)技術(shù)預(yù)研計劃,。該計劃隸屬于通用經(jīng)濟可承受先進渦輪發(fā)動機(VAATE)計劃,美國政府投入了3475萬美元,,目標(biāo)是在保持T700重量的基礎(chǔ)上將油耗降低25%,、功率提高50%(達(dá)到2205千瓦級別)、成本降低35%,。AATE計劃共有兩個演示驗證發(fā)動機,,分別是先進渦輪發(fā)動機公司(ATEC,霍尼韋爾和普惠的合資公司)的HPW3000和GE公司的GE3000。這項計劃在2012年成功完成耐久性和性能試驗之后順利結(jié)束,。
隨后,,美軍啟動了改進渦輪發(fā)動機項目(Improved Turbine Engine Program,ITEP),。該項目承接了AATE計劃的工作,,目的是把預(yù)研的先進技術(shù)帶到型號研制階段,為“黑鷹”和“阿帕奇”研制全新發(fā)動機,,并為未來中型FVL旋翼機的渦軸發(fā)動機研制打好基礎(chǔ),。ITEP 項目在2012年10月通過了裝備開發(fā)決策,標(biāo)志著型號研制工作的正式開始,。同年11月16日,,ITEP進入了裝備方案分析階段。該項目計劃在2013年底達(dá)到階段性目標(biāo)A,,之后在2014年年中發(fā)布需求征詢書(RFP),,使HPW3000和GE3000進入競爭性的技術(shù)開發(fā)階段。在該階段這兩型發(fā)動機將進行初步設(shè)計評審(PDR),,然后通過階段性目標(biāo)B進入工程與制造研制階段(EMD),。然而,在EMD階段,,陸軍將只選出一型發(fā)動機進行研制,、地面試驗和飛行試驗,另一型發(fā)動機則被淘汰,。在上述工作完成后,,首批低速初始生產(chǎn)發(fā)動機將在2022~2023年下線。改進渦輪發(fā)動機項目的成本估計為5億美元,,目前兩家承包商都已得到1.09億美元的合同,,繼續(xù)開發(fā)HPW3000和GE3000。2011年,,ATEC公司的HPW3000發(fā)動機完成了雙軸核心機的演示驗證試驗,,2013年7月在首臺HPW3000整機上完成了耐久性試驗,9月開始在第二臺整機上進行性能和吸沙試驗,。另一家承包商GE公司也試驗了首臺GE3000整機,,第二臺整機試驗將在年底進行。
FATE計劃——T55替代發(fā)動機的技術(shù)預(yù)研計劃
除了中型直升機,,美軍現(xiàn)役的重型直升機也需要換發(fā)以大幅提升性能,。為此美軍啟動了未來經(jīng)濟可承受渦輪發(fā)動機(Future Affordable Turbine Engine,F(xiàn)ATE)技術(shù)預(yù)研計劃,。該計劃同樣隸屬于VAATE,,目的是通過預(yù)研3675~7350千瓦的先進大功率渦軸發(fā)動機技術(shù),,為替代T55發(fā)動機的研制打好基礎(chǔ),提升“支奴干”等機型的作戰(zhàn)能力,,并為未來垂直起降旋翼機(FVL)的渦軸發(fā)動機搭建前期的技術(shù)儲備,。FATE計劃的指標(biāo)相比2000年的技術(shù)水平,油耗降低35%,、功重比提高80%(達(dá)到9.7),、壽命延長20%、生產(chǎn)和維護成本降低45%,、研制成本降低20%,。該計劃于2009財年開始進行應(yīng)用研究,2012財年初進入先期技術(shù)驗證階段并將在2016財年結(jié)束,,屆時將完成全尺寸地面樣機的驗證,,技術(shù)成熟度等級達(dá)到6。2011年11月,,GE公司宣布獲得超過4500萬美元的FATE計劃合同,,其將從正在研制的5513千瓦等級的GE38渦軸發(fā)動機上吸取相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗,而FATE計劃的研究成果也將反過來應(yīng)用到GE38發(fā)動機的后續(xù)改進型號上,。
ACE計劃——未來FVL旋翼機渦軸發(fā)動機的技術(shù)預(yù)研計劃
2013年3月,,美國陸軍航空應(yīng)用技術(shù)理事會要求工業(yè)界提供一份替代發(fā)動機概念設(shè)計和分析(Alternative Engine Conceptual Design and Analysis)研究發(fā)展任務(wù)的方案,該方案將為之后的替代概念發(fā)動機(Alternative Concept Engine,,ACE)計劃奠定基礎(chǔ),。ACE計劃是美軍最新的一項渦軸發(fā)動機技術(shù)預(yù)研計劃,目的是預(yù)研未來各型垂直起降旋翼機所需的發(fā)動機技術(shù),,以滿足其超高的性能指標(biāo)。ACE預(yù)研計劃的功率范圍覆蓋29~7350千瓦,,功重比將提高90%,、耗油率降低40%、生產(chǎn)和維護成本均降低50%,。該計劃可能包括多項潛在的研究途徑,,比如變速動力渦輪技術(shù)和自適應(yīng)渦軸發(fā)動機技術(shù)等。ACE計劃將在2014財年進行應(yīng)用研究工作,,2017財年啟動先期技術(shù)驗證,,2021財年結(jié)束時完成全尺寸地面樣機驗證,技術(shù)成熟度等級達(dá)到6,,為型號研制做好技術(shù)儲備,。
AVSPOT計劃——先進渦輪部件的技術(shù)預(yù)研計劃
先進變速動力渦輪(Advanced Variable Speed Power Turbine,AVSPOT)計劃由美國陸軍航空應(yīng)用理事會與NASA合作發(fā)起,,是針對變速動力渦輪技術(shù)開展的最新預(yù)研工作,。其將作為VAATE計劃的主要子計劃,為渦軸發(fā)動機研制能夠提升性能、效率和經(jīng)濟可承受性的變速動力渦輪技術(shù),,并使這些技術(shù)在2016年進入到實驗室狀態(tài),。AVSPOT計劃可使用陸軍其他渦軸發(fā)動機計劃(比如AATE和FATE計劃)的研究成果,在綜合優(yōu)化動力渦輪的成本,、重量和耐久性后,,達(dá)到效率和壽命的性能指標(biāo)。AVSPOT計劃的執(zhí)行時間總共為43個月,,將使先進變速動力渦輪的技術(shù)成熟度等級(TRL)從2級提高到4級,。美國政府對該計劃投入160萬美元,其中,,2012~2013財年50萬美元,、2014財年50萬美元、2015財年60萬美元,。2012年11月,,美國陸軍授予了普惠公司一份AVSPOT計劃合同,標(biāo)志著該計劃進入到實質(zhì)性的研究階段,。