通過(guò)預先研究取得技術(shù)突破,進(jìn)而推出滿(mǎn)足作戰需求的新型裝備是美軍長(cháng)期以來(lái)維持作戰能力優(yōu)勢的重要途徑。美國在軍用直升機發(fā)動(dòng)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(mǎn)足未來(lái)作戰需求的全新動(dòng)力系統,近些年美軍相繼啟動(dòng)了多項先進(jìn)渦軸發(fā)動(dòng)機技術(shù)預研計劃。這些計劃將為未來(lái)渦軸發(fā)動(dòng)機的型號研制打下堅實(shí)的基礎,進(jìn)而全面提升美軍的作戰能力,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(dòng)機技術(shù)預研計劃/型號研制項目
經(jīng)過(guò)多年的伊拉克和阿富汗戰爭,美軍已經(jīng)感到“黑鷹”和“阿帕奇”直升機作戰能力的不足,但其配裝的T700發(fā)動(dòng)機已基本挖掘出最大的性能潛力,要繼續提高直升機的性能只能研制全新的動(dòng)力系統。因此,美國陸軍于2007年啟動(dòng)了先進(jìn)經(jīng)濟可承受渦輪發(fā)動(dòng)機(Advanced Affordable Turbine Engine,AATE)技術(shù)預研計劃。該計劃隸屬于通用經(jīng)濟可承受先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(VAATE)計劃,美國政府投入了3475萬(wàn)美元,目標是在保持T700重量的基礎上將油耗降低25%、功率提高50%(達到2205千瓦級別)、成本降低35%。AATE計劃共有兩個(gè)演示驗證發(fā)動(dòng)機,分別是先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)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束。
隨后,美軍啟動(dòng)了改進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機項目(Improved Turbine Engine Program,ITEP)。該項目承接了AATE計劃的工作,目的是把預研的先進(jìn)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(dòng)機,并為未來(lái)中型FVL旋翼機的渦軸發(fā)動(dòng)機研制打好基礎。ITEP 項目在2012年10月通過(guò)了裝備開(kāi)發(fā)決策,標志著(zhù)型號研制工作的正式開(kāi)始。同年11月16日,ITEP進(jìn)入了裝備方案分析階段。該項目計劃在2013年底達到階段性目標A,之后在2014年年中發(fā)布需求征詢(xún)書(shū)(RFP),使HPW3000和GE3000進(jìn)入競爭性的技術(shù)開(kāi)發(fā)階段。在該階段這兩型發(fā)動(dòng)機將進(jìn)行初步設計評審(PDR),然后通過(guò)階段性目標B進(jìn)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(dòng)機進(jìn)行研制、地面試驗和飛行試驗,另一型發(fā)動(dòng)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(dòng)機將在2022~2023年下線(xiàn)。改進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)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,繼續開(kāi)發(fā)HPW3000和GE3000。2011年,ATEC公司的HPW3000發(fā)動(dòng)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(kāi)始在第二臺整機上進(jìn)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(jìn)行。
FATE計劃——T55替代發(fā)動(dòng)機的技術(shù)預研計劃
除了中型直升機,美軍現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(dòng)了未來(lái)經(jīng)濟可承受渦輪發(fā)動(dòng)機(Future Affordable Turbine Engine,FATE)技術(shù)預研計劃。該計劃同樣隸屬于VAATE,目的是通過(guò)預研3675~7350千瓦的先進(jìn)大功率渦軸發(fā)動(dòng)機技術(shù),為替代T55發(fā)動(dòng)機的研制打好基礎,提升“支奴干”等機型的作戰能力,并為未來(lái)垂直起降旋翼機(FVL)的渦軸發(fā)動(dòng)機搭建前期的技術(shù)儲備。FATE計劃的指標相比2000年的技術(shù)水平,油耗降低35%、功重比提高80%(達到9.7)、壽命延長(cháng)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(kāi)始進(jìn)行應用研究,2012財年初進(jìn)入先期技術(shù)驗證階段并將在2016財年結束,屆時(shí)將完成全尺寸地面樣機的驗證,技術(shù)成熟度等級達到6。2011年11月,GE公司宣布獲得超過(guò)4500萬(wàn)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(dòng)機上吸取相關(guān)設計經(jīng)驗,而FATE計劃的研究成果也將反過(guò)來(lái)應用到GE38發(fā)動(dòng)機的后續改進(jìn)型號上。
ACE計劃——未來(lái)FVL旋翼機渦軸發(fā)動(dòng)機的技術(shù)預研計劃
2013年3月,美國陸軍航空應用技術(shù)理事會(huì )要求工業(yè)界提供一份替代發(fā)動(dòng)機概念設計和分析(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(dòng)機(Alternative Concept Engine,ACE)計劃奠定基礎。ACE計劃是美軍最新的一項渦軸發(fā)動(dòng)機技術(shù)預研計劃,目的是預研未來(lái)各型垂直起降旋翼機所需的發(fā)動(dòng)機技術(shù),以滿(mǎn)足其超高的性能指標。ACE預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(dòng)力渦輪技術(shù)和自適應渦軸發(fā)動(dòng)機技術(shù)等。ACE計劃將在2014財年進(jìn)行應用研究工作,2017財年啟動(dòng)先期技術(shù)驗證,2021財年結束時(shí)完成全尺寸地面樣機驗證,技術(shù)成熟度等級達到6,為型號研制做好技術(shù)儲備。
AVSPOT計劃——先進(jìn)渦輪部件的技術(shù)預研計劃
先進(jìn)變速動(dòng)力渦輪(Advanced Variable Speed Power Turbine,AVSPOT)計劃由美國陸軍航空應用理事會(huì )與NASA合作發(fā)起,是針對變速動(dòng)力渦輪技術(shù)開(kāi)展的最新預研工作。其將作為VAATE計劃的主要子計劃,為渦軸發(fā)動(dòng)機研制能夠提升性能、效率和經(jīng)濟可承受性的變速動(dòng)力渦輪技術(shù),并使這些技術(shù)在2016年進(jìn)入到實(shí)驗室狀態(tài)。AVSPOT計劃可使用陸軍其他渦軸發(fā)動(dòng)機計劃(比如AATE和FATE計劃)的研究成果,在綜合優(yōu)化動(dòng)力渦輪的成本、重量和耐久性后,達到效率和壽命的性能指標。AVSPOT計劃的執行時(shí)間總共為43個(gè)月,將使先進(jìn)變速動(dòng)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(wàn)美元,其中,2012~2013財年50萬(wàn)美元、2014財年50萬(wàn)美元、2015財年60萬(wàn)美元。2012年11月,美國陸軍授予了普惠公司一份AVSPOT計劃合同,標志著(zhù)該計劃進(jìn)入到實(shí)質(zhì)性的研究階段。