首页 > 研发 欧洲未来空战系统（FCAS）动力装置研制 军工资源网 2022年05月13日 导 读2022年1月，法国军备总局(DGA)完成了为未来空战系统(FCAS)欧洲协同隐形飞机项目开发发动机的重要技术测试。作为由DGA领导的Turenne防御计划的一部分，一个源自阵风战斗机M88发动机的衍生型号在测试台上进行了测试。该测试需要5年的准备时间，以开发对未来 FCAS 战斗机发动机有用的技术。一、研发背景2017年，德国和西班牙要求空中客车公司开始制定名为未来空中作战系统(FCAS)的新型战斗机的提案。2018年，柏林航展上，达索航空和空中客车公司宣布就FCAS的开发合作达成协议。2019年6月，巴黎航展开幕式当天，达索航空董事长兼CEO Eric Trappier和空中客车防务与航天CEO Dirk Hoke共同出席了未来空中作战系统(FCAS)概念模型的揭幕仪式。2020年2月12日，FCAS研发计划的第一阶段(1A)获得德国议会预算委员会的批准。2021年8月31日法国、德国和西班牙国防部长于在一份联合声明中表示，三国已经签署了关于未来空中作战系统(FCAS)的第三个政府间协议，该协议确定了2021-2027年期间NGWS/FCAS(未来空中作战系统中的下一代武器系统)的实施安排。”预计在2027年进行新一代战斗机和远程运载无人机的技术验证机的首飞。FCAS 将由下一代武器系统(Next-Generation Weapon System，NGWS)以及未来作战空间中的其他空中平台组成。NGWS 的组成部分将是远程运载工具(蜂群无人机)以及定义为第六代喷气式战斗机的新一代战斗机(New Generation Fighter，NGF)。预计到 2040 年至 2045 年左右，它将取代目前的法国“阵风”、德国“台风”和西班牙的EF-18“大黄蜂”战斗机。FCAS项目新一代战斗机概念模型三视图从展出的新一代战斗机概念模型来看，新一代战斗机的总体设计并无特别亮眼之处，主要因为在现有技术水平条件下，要达到隐身性能和作战性能的平衡，新一代战斗机的外形设计已无新的突破，更多考验的是材料和结构方面的研发。同时，因为FCAS仅仅处于初始框架设计阶段，战斗机的技术验证机都需要至少到2027年才会制造，因此新一代战斗机的总体设计还存在很大的不确定性。二、动力装置研制Turenne计划由DGA于2015年发起并委托给赛峰集团，包括两个阶段，第一阶段持续了5年，在DGA项目工程部在巴黎巴拉德工厂的监督下，创建、数字化测试和生产创新的涡轮机概念。这种革命性的涡轮机也获得了国际专利，来自DGA的工程师作为共同发明人。经过第一阶段的技术积累，该计划的第二阶段于2019年开始，使用Thermocolor(示温)技术在现场测试，目的是将现实中获得的热谱图与第一阶段数字模拟数据进行比较。用于测试的发动机涡轮结构(图片来自DGA发布)该技术需要热敏涂料，应用于发动机高压涡轮叶片，通过颜色变化测量温度。这种涂料非常脆弱，根据其成分，它只能承受单一的热应力。然后就会失去原有属性。DGA解释说，“这种类型的测试不多见，DGA最近的一次推进剂测试可以追溯到2010年。”DGA在分析Thermocolor测试结果后，该项目还将进行持续数月的“耐久性”测试，目的是加速这些新发动机涡轮叶片的老化，以检查它们的使用寿命以及它们在长时间内保证高水平运行性能的能力。与此同时，位于图卢兹附近巴尔马的DGA Techniques航空技术和测试中心正在与赛峰集团合作开发耐高温的新型陶瓷材料。它还将在未来几年对新一代金属材料进行测试。“这些进步中的每一个都是技术创新难题中独特而必要的一部分。结合最新一代发动机，它们将有可能达到FCAS计划预期的性能水平，”DGA总结道。据法国武装力量部称，法国、德国和西班牙在未来空战系统(FCAS)框架内开发的新一代战斗机(NGF)第六代战斗机将需要比目前装备在 “阵风”战斗机上的赛峰M88发动机或“台风”战斗机上的EJ200发动机更强大的发动机。更高的推力意味着更高的温度。涡轮机入口处的温度可能达到2100K(1826.85℃)——比M88高250K(250℃)。目前的材料无法满足这样的温度需求。因此，DGA与法国国家航空航天研究中心(ONERA)和发动机制造商赛峰集团签订了合同，以加速“用于涡轮叶片和轮盘高温应用的新型金属合金和多层系统(ADAMANT)”的开发。为了在传统技术无法满足的短时间内完成这一任务，该计划将使用多种创新解决方案，例如数字冶金、人工智能和数据挖掘。“该项目的成功将基于冶金学家、化学家和机械师的科学专业知识与新数字技术的结合，”该部解释说。在此之前，FCAS发动机的开发委托给了法国赛峰集团和德国MTU航空发动机公司。经过赛峰集团牵头的初步开发后，两家制造商最终新组建了欧洲军用发动机团队(EUMET)负责研制，旨在获得新发动机的认证，西班牙ITP公司作为EUMET的主要合作伙伴参与。其中赛峰集团负责研制热端部件及发动机集成，MTU航空发动机公司负责研制冷端部件及维护、修理和大修(MRO)服务，ITP公司负责开发低压涡轮和喷管等工作。为了满足FCAS的超声速巡航和长时间低速巡航的要求，发动机将具有变循环能力，以及2100K左右的涡轮前温度。此外，该发动机将能匹配战斗机的隐身性能，并应用混合动力以管理飞机上的能源。该发动机验证机的研发工作将首先在M88发动机的基础上进行，赛峰集团将在2025年完成M88发动机改型，为首架FCAS验证机提供动力，并在2027年制造出发动机验证机。法国和德国计划在2024—2026年做出正式的研发决策，2031年前完成发动机的设计、组装和鉴定试验，然后开始飞机原型机的飞行试验和军方鉴定，2040年开始交付。此外，赛峰集团研究、技术和创新总监Stéphane Cueille此前曾强调为FCAS战斗机生产改进型发动机所需的进步。他在赛峰集团的新闻稿中概述说：“这种新一代战斗机应该能够产生强大的超音速推力能够实现长时间低速巡航。因此，它的引擎应该是通用的。它也将更紧凑更轻，它的推力——比阵风更强大——将使FCAS能够携带更多武器。”三、新发动机基础型号——M88发动机2007年巴黎航展上的M88发动机M88是为满足90年代多用途战斗机研制的一种先进双转子加力式涡扇发动机。其方案研究工作始于70年代末。整个研制计划包括5500小时的地面试验和4000小时的飞行试验，研制费用为16亿美元。按照飞机任务要求，在循环参数选择上采用尽可能高的涡轮进口温度、中到高的总增压比和中等涵道比。采用的新技术主要有三维有粘叶轮机气动计算方法、单晶涡轮叶片、粉末冶金涡轮盘、树脂基复合材料(PMR-15)外涵机匣、陶瓷基复合材料喷管调节片和余度式全权数字式电子控制系统。与阿塔9K50相比，M88-2长度短40%，重量轻45%，推重比高88%。初始故障间隔时间100～150h。图表：M88发动机性能参数资料来源：调研整理小结作为法国、德国和西班牙计划中的未来主力战机，未来空战系统(FCAS)的新一代战斗机将代表着多种技术突破，这其中动力装置的研制开发是重中之重，尤其考虑到欧洲各国缺乏第五代战机的研制经验，直接着手研制所谓第六代战机面临的困难较大。欧洲在大型航空装备研发上有联合的传统，主要考虑技术难度和未来市场等综合因素，法德两国珠联璧合，确定了下一代动力的发展路线，并完成了部分关键技术的研究验证，为项目后续发展奠定了一定基础。
