揭秘阿帕奇与黑鹰的新一代强劲“心脏” 中国要加油啊

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发布时间:2018-01-17 08:07

文:垂直风行

这是美军“阿帕奇”和“黑鹰”机群

美军现役直升机战术体系中,AH-64“阿帕奇”和UH-60“黑鹰”可谓是一对黄金搭档,二者自70年代末甫一登场亮相,便长期占据陆航主力,二者一“人”充当开路先锋,一“人”充当战场巴士,美国利益延伸到哪里,哪里就出现他俩忙碌的身影,一路叱咤战场,所向披靡。在服役了近40年后,二者仍不失为各自领域最为出色的代表型号。然而美军未雨绸缪,早已为二者的未来进行打算,其中一项计划就是研发一种全新的替代动力型号,取代成就二者无数王者光环的动力核心——通用电气T700发动机。1976年生产的第一台T700功率为1600马力(1200千瓦),时至今日,改进型T700-GE-701D功率已达到2000马力(1500千瓦)。尽管如此,“阿帕奇”和“黑鹰”在阿富汗和伊拉克的高海拔和高温环境中的表现都有明显的不足。这两种机型在过去几十年中的重量和阻力都有了显着的增长,需要逐步提高发动机的性能才能保持飞行性能。而且美军将有3000架直升机在2050年之前退役,新型号发动机还将成为替代型直升机的动力。

通用电气T700发动机,也是“阿帕奇”和“黑鹰"的动力。

一脉相承的VAATE、AATE、ITEP

早在世纪之交之际,当时的“阿帕奇”和“黑鹰”还如日中天,美国陆军就层考虑为二者换发,然而由于各种原因最后不了了之。2006年开始,美国启动通用经济可承受先进涡轮发动机(VAATE)计划,目的是为三军提供比现有型号性能更强、成本更低的发动机。该计划框架之下,美国陆军航空应用技术理事会(AATD)提出了先进经济型涡轮发动机(AATE)计划,对 “阿帕奇”和“黑鹰”换发进行型号预研。其目标是研发一种与T700体积相同、功率增加50%——达到3000马力(2250千瓦)的发动机,同时燃油效率提高25%,重量约为450磅。新发动机的使用寿命将更长,维护成本也更低。2009年7月,美国陆军通用直升机项目办公室发布了一个新方案,称为改进型涡轮发动机计划(ITEP),在利用AATE前期预研成果基础上,直接从AATE技术验证阶段直接进入ITEP的工程和制造开发(EMD)阶段。ITEP目标是替代目前“阿帕奇”和“黑鹰”搭载的T700发动机。ITEP除了实现AATE计划目标外,还能实现额外需求,比如“阿帕奇”和“黑鹰”在高温和高海拔情况下高达500公里任务半径的提升。

如果达到设计预期,ITEP对于“阿帕奇”来说,在高原/高温条件下,侦查时间可增加一小时以上,并且有效载荷增加3,300磅(1.5吨)。而目前,阿帕奇机组人员必须在满油和满弹之间进行折衷。对于“黑鹰”,将使其增加三分之一的航程,减少任务所需的落地加油次数,在6,000英尺/ 95℉(1800米/ 35℃)高原/高温条件下有效载荷增加50%。

为了这些改进,陆军已经设计了几个概念性场景。在一项研究中,陆军想定130名士兵将在高原/高温条件下被运输到121海里(224公里)之外执行空中突击任务。目前在搭载T700发动机的情况下,10架“黑鹰”由2架“阿帕奇”护航,一次只能运输5名士兵,并且编队不得不在前方弹药燃料补给点(FARP)停下来加油。这12架直升机若要完成这项任务必须飞行三次,总飞行时间为480分钟(8小时)。相比之下,由ITEP驱动的“阿帕奇”和“黑鹰”可以在没有FARP的情况下一次性完成任务,每架“黑鹰”可运输13名士兵,总飞行时间仅为68分钟。在ITEP驱动下,整个部队只使用四分之一的燃料和八分之一的时间,这还不包括建立和运营FARP的时间、燃料、风险和成本。目前,这种高原/高温任务不得不由CH-47“支奴干”完成,但其弊端是目标特征较大,容易暴露,并且油耗高。

2012年10月,ITEP项目正式启动。2015年9月ATEC公司的HPW3000(2017年授予编号T900)发动机和通用电气公司的GE3000(2017年授予编号T901)发动机投入技术开发,开展对比竞标,按计划于2024年完成发动机验证并开始生产。

ATEC公司T900(HPW3000

这是T900(HPW3000)

先进涡轮发动机公司(ATEC)是霍尼韦尔和普惠公司的合资企业,T900的初步设计于2016年8月开始,当时处于ITEP计划的技术成熟和风险降低(TMRR)阶段,由于AATE项目中的演示样机已于2014年末进行了测试,ATEC表示通过组件试验测试降低了T900发动机的研发风险,并可帮助提高发动机性能,同时进一步验证T900双轴架构。日前ATEC证实,该发动机样机已制造完毕,并已安装于“阿帕奇”和“黑鹰”上,这为T900开展试飞铺平了道路。按照ATEC计划,2018年3月将和陆军一起对T900进行初步设计审查。ATEC副总裁Jerry Wheeler表示:“发动机样机被成功安装到这两型直升机上,表明了ATEC、飞机制造商和陆军在过去十年中所取得的重大进展和努力。开发一台比原型号功率高50%、燃油效率高20-25%的发动机,并且适装现有的‘阿帕奇‘和‘黑鹰‘是一项exciting的技术挑战。新型发动机首次安装成功恰好证明了ATEC已准备好迎接挑战,T900发动机是陆军提升战机作战能力的正确选择。”

通用电气公司T901(GE3000

这是T901(GE3000)

通用电气公司在2014年对其GE3000验证机进行了大量测试后,在8月获得了ITEP初步设计合同。通用电气在GE3000身上验证了许多关键技术,包括提高燃油效率和动力的先进内部空气动力学,应用在涡轮部件上耐高温陶瓷基复合材料(CMC),以及用于去除进气处异物的进气口颗粒分离器。此外,T901燃气发生器继承了T700的单轴构型,这使其维修性、可靠性和经济性大幅提高。GE公司在GE3000发动机上也使用了LEAP和GE9X发动机使用的增材制造部件。该技术能以更低的重量和更好的性能和耐久性来制造具有先进的3D形状的复杂零件。例如,T901的一个附件部分,可将超过50个子部件的装配减少为一个部件。2017年10月,GE宣布成功完成了对T901-GE-900原型机的测试,表示测试引擎超过了ITEP的性能要求,证明 T901引擎已经准备好进入ITEP工程和制造开发(EMD)阶段。 T901原型机测试完成后,GE继续在其位于马萨诸塞州和俄亥俄州辛辛那提的工厂进行压缩机,燃烧室和涡轮机部件测试。

未来前景

按测算,美国陆军预计将采购6000多具ITEP发动机。同时ITEP也适用于出口到其他国家的各种 “阿帕奇”和“黑鹰”系列,同时还可能发展民用型号。通用电气表示,过去四十年来,该公司已经售出了2万多具T700(包括CT7商用型),累计飞行时间超过1亿小时。ITEP应该也会取得类似的成功。但是一些专家建议取消ITEP,以便加速用未来垂直起降计划(FVL)替代 “阿帕奇”和“黑鹰” 。然而,他们忽视了这样一个事实:即使在最乐观的情况下,“阿帕奇”和“黑鹰”至少还要在美国陆军服役25年,更有可能服役到2050年。而且,发展ITEP之外的型号将会产生更大的长期成本。美国显然需要ITEP发动机,它将为美国陆军提供不竭的动力之源。中国,要加油啊!

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