■ 晏武英 譚米 / 中國航發(fā)研究院

2021年，GE公司和普惠公司相繼完成了首臺自適應發(fā)動機的地面測試，美國自適應發(fā)動機轉(zhuǎn)化項目（AETP）也隨之接近尾聲，項目的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化成為各方關注的焦點。

自適應發(fā)動機概念從2006年提出至今已歷時15年，歷經(jīng)自適應通用發(fā)動機技術(shù)（Advent）計劃、自適應發(fā)動機技術(shù)發(fā)展（AETD）計劃和自適應發(fā)動機轉(zhuǎn)化項目（AETP），到2021年終于實現(xiàn)了整機集成驗證。承擔AETP項目的GE公司和普惠公司宣布分別在2021年5月和9月完成了第一臺自適應發(fā)動機（XA100和XA101）地面測試，均達到原定燃油效率提升25%、推力增加10%的目標。兩家公司下一步將繼續(xù)開展第二臺發(fā)動機的測試，美國空軍也宣布將在2022年在阿諾德工程發(fā)展中心對兩家的原型機進行為期一年的試驗。同時，美國空軍正式啟動了面向下一代戰(zhàn)斗機（美國劃代標準下的六代機）的下一代自適應推進（NGAP）項目，開展原型發(fā)動機的設計、制造和評估。美國空軍曾經(jīng)在AETP項目啟動時設想過3種技術(shù)轉(zhuǎn)化路徑：直接用于F-35發(fā)動機升級、縮放通用核心機用于六代機動力，以及縮放核心機或部件用于F-22、F-15、F-16等現(xiàn)役飛機發(fā)動機改進。當前，自適應發(fā)動機技術(shù)已經(jīng)基本成熟，轉(zhuǎn)化應用到哪型飛機和發(fā)動機則成了各方關注的重點，也引發(fā)了各種爭論。

F-35換發(fā)：鏡花水月

美國空軍設想的自適應發(fā)動機技術(shù)轉(zhuǎn)化應用路徑

截至2021年11月，美國空軍在役的F-35戰(zhàn)斗機超過300架，但卻因發(fā)動機交付延遲和故障頻發(fā)導致大面積停飛：2020年計劃交付的136臺F135發(fā)動機有115臺延遲，平均每臺發(fā)動機暴露出的質(zhì)量問題超過1200個；2021年發(fā)動機短缺最多時達48臺，停飛率超過15%。同時，美國空軍還計劃對F-35進行重大升級，2023年服役的第4批次飛機將提高武器掛載數(shù)量和種類、換裝新型傳感器、提升機載設備能力，這也就需要更高的推力、功率和冷卻能力，現(xiàn)有的F135發(fā)動機已經(jīng)無法滿足需求。此外，F(xiàn)135發(fā)動機即將迎來2000h的首次翻修，這些因素的疊加促使美國國防部開始考慮對F-35戰(zhàn)斗機的動力系統(tǒng)進行升級或替換。

2021年7月13日，美國空軍采購主管達琳·科斯特洛和副參謀長戴維·納霍姆中將在眾議院武裝力量委員會的聽證會上表示，空軍非常關注AETP發(fā)動機的測試。分析表明，AETP發(fā)動機相比F135發(fā)動機油耗降低25%，可使F-35的航程增加30%、加速時間縮短18%、空氣系統(tǒng)熱管理能力提升167%，從而將飛機應對的目標數(shù)量提高3倍或消除對加油機的依賴，增加飛機生存能力并滿足第4批次及后續(xù)批次提升任務系統(tǒng)和武器載荷能力的要求。F-35項目將持續(xù)密切關注AETP的進展，一旦空軍的需求明確，將考慮對AETP配裝F-35進行評估。上述表態(tài)隨即引來各方關注。

美國空軍全生命周期管理中心先進飛機項目辦公室負責人戴爾·懷特將軍在2021年8月12日表示，AETP與現(xiàn)有發(fā)動機在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上差異較大，因此不太可能用新的動力裝置對現(xiàn)有飛機進行改造。

而眾議院在2021年8月30日提交的2022財年國防授權(quán)法案（NDAA）草案中要求國防部提供一份采辦策略，用于AETP推進系統(tǒng)持續(xù)研發(fā)和集成，并從2027財年開始用于F-35A，同時還要求海軍提供一份將AETP或其他先進推進系統(tǒng)整合入F-35B和F-35C的報告。眾議院武裝力量委員會主席亞當·史密斯此前抨擊F-35項目為“老鼠洞”，他在2021年8月31日指出，隨著近些年導彈技術(shù)的進步，F(xiàn)-35的生存能力已經(jīng)在高對抗環(huán)境失去優(yōu)勢，而應發(fā)展更小、更易生存的平臺，特別是無人機。同時，他還力推在F-35項目中引進更多的競爭，尤其是發(fā)動機，認為目前美國已經(jīng)有足夠能力來實現(xiàn)面向未來的競爭。

2021年9月15日，F(xiàn)-35項目執(zhí)行官埃里克·菲克中將表示，第4批的F-35確實需要更大的推力和冷卻能力，并與普惠公司和國防部共同研究一系列增強動力的選項。但如果空軍想將AETP發(fā)動機用于F-35A上，就得自行承擔全部研發(fā)和集成費用，因為這種發(fā)動機并不適用于其他軍種和其他國家的F-35，而這些用戶一致同意為了盡量保持一致性而節(jié)省成本，“誰想要不一樣的就必須自己花錢”。

F135發(fā)動機交付延遲和質(zhì)量問題情況（來源：GAO-21-226）

2021年9月20日，空軍部長弗蘭克·肯德爾表示，空軍非常希望將AETP項目發(fā)展的新發(fā)動機用到F-35A上，但其在經(jīng)濟上是否可承受要取決于海軍是否參與，他已經(jīng)與海軍部長德爾·托羅進行了磋商，但結(jié)論尚不明朗。自美國空軍成立以來，噴氣式戰(zhàn)斗機由于壽命相對較短，且國防裝備論證和采辦策略日漸成熟，尚未對戰(zhàn)斗機進行過換發(fā)，僅有美國海軍的F-14艦載戰(zhàn)斗機由于TF30發(fā)動機實在難堪重任，迫不得已地換為更加穩(wěn)定的F110發(fā)動機。

作為AETP項目的承擔方之一，GE公司表示能夠滿足眾議院提出的時間表，并渴望接受挑戰(zhàn)，但這種發(fā)動機無法滿足F-35B的要求，如果加以改進的話會大大超出眾議院設定的預算和時間表。另一承擔方普惠公司則表示，盡管AETP可以適用于F-35A，但更換新發(fā)動機會使整個項目在50年的生命周期內(nèi)成本增加400億美元，而且也趕不上F-35A第4批次在2023年服役的需要，會造成整個機隊同時運行兩種不同的發(fā)動機，增加了生產(chǎn)、維護和培訓的成本。普惠的母公司雷神技術(shù)公司總裁格雷格·海斯則反對為F-35換裝自適應發(fā)動機，認為這將是一項困難且昂貴的工作，而且時間表過于激進。

與之對應的是，普惠公司一直在努力推動F135發(fā)動機的升級，2021年3月提出的兩份改進方案可使推力和航程提高10%以上，F(xiàn)-35B的垂直升力提高5%，熱管理提高50%。9月又將其整合為F135“增強型發(fā)動機套件”（EEP），可在前期已經(jīng)將F135單位成本降低50%的基礎上，再降低36%的首次翻修成本，并在2028年無縫接入現(xiàn)有的生產(chǎn)線。

普惠公司提出的F135“增強型發(fā)動機套件”

綜合相關各方反應，在AETP項目實現(xiàn)自適應發(fā)動機驗證和F135無法滿足飛機要求的背景下，美國參議院力主將AETP發(fā)動機用于F-35；而F-35項目管理方也試圖推動F-35動力升級或換發(fā)；美國空軍認為AETP的確可以對F-35有很大的提升，但又因為這種發(fā)動機只適用于F-35A而不得不獨自買單，正在試圖尋求海軍一起承擔研發(fā)費用。供應商方面，GE公司自然是希望獲得重新進入美國五代機動力的龐大市場，而且在六代機動力尚需時日并需要與普惠競爭的情況下，多一種選擇未嘗不可；但普惠公司并不愿意失去在F-35戰(zhàn)斗機發(fā)動機唯一供應商的位置，因此主推的是分兩階段實施的F135改進方案。即第一階段可以視為小改方案，利用已有的技術(shù)，重點針對F135存在的問題盡快實現(xiàn)推力提升和質(zhì)量穩(wěn)定；第二階段則是充分利用AETP項目的成果，大量引入除三涵道架構(gòu)以外的技術(shù)，對F135進行重大升級，類似于從F100-100到-220、再到-229的過程，最終實現(xiàn)F135的穩(wěn)定成熟。

從各方的反應來看，F(xiàn)-35發(fā)動機能力的提升是必須實施的，但升級和換發(fā)兩種途徑各有優(yōu)劣：升級成本低、見效快、潛力?。粨Q發(fā)收益高、成本高、時間長。盡管眾議院對換發(fā)頗為積極，但國防授權(quán)法案還需要參議院和總統(tǒng)審議，能否保留對AETP項目的預算尚未可知。同時，國會和國防部還可以利用普惠公司的心理，以推動AETP發(fā)動機競爭為籌碼，施壓普惠公司拿出成本更低、性能更好、進度更快的F135改進方案。因此，以F135升級作為F-35的發(fā)動機能力提升途徑的可能性更大一些，而從費效比的角度看，換發(fā)則并不劃算。

AETP：蠟炬成灰

盡管F-35換發(fā)屢屢成為各方的爭論焦點，但AETP項目最核心的目的仍然是為用于六代機的發(fā)動機提供低風險的技術(shù)儲備，其主要任務是設計和制造自適應發(fā)動機原型，完成部件試驗評估和性能表征，并為制造工藝改進提供信息。原型發(fā)動機將開展海平面、高空等多種狀態(tài)試驗和耐久性評估來演示燃油效率的提高、推力的增加和新的部件技術(shù)，從而對性能以及熱管理、可靠性和可支持性等領域的風險進行量化。GE公司和普惠公司都計劃研發(fā)全新的核心機，并各自制造3臺試驗發(fā)動機。首臺發(fā)動機將測試基本的機械設計，第二臺用來評估性能和可操作性，第三臺則用于評估耐久性。

AETP項目包括詳細設計、發(fā)動機制造和發(fā)動機評估3部分，初步設計則由之前的AETD項目完成。AETD項目在2012年啟動時，作為自適應發(fā)動機技術(shù)預先研究的ADVENT計劃并未結(jié)束，承擔研究任務的GE公司和羅羅公司都尚未實現(xiàn)技術(shù)驗證。但美國國防部于2011年中止了GE公司和羅羅公司聯(lián)合承研的F-35替換發(fā)動機項目F136，而普惠公司的F135發(fā)動機研發(fā)工作也基本告一段落，都面臨著戰(zhàn)斗機發(fā)動機團隊無米下鍋的窘境。而當時美國空軍下一代戰(zhàn)斗機的圖像仍未清晰，國防部不得不先啟動自適應發(fā)動機驗證項目保留住研發(fā)力量，然后盡量放慢節(jié)奏等待飛機需求確定。因此整個項目被分為了兩個階段，各4年時間。第一階段是AETD，完成自適應發(fā)動機的整機方案設計（即初步設計）、關鍵部件和核心機的研發(fā)和驗證；第二階段為AETP，在AETD的整機方案基礎上進一步完成詳細設計、發(fā)動機制造和試驗評估。這種安排也給了普惠公司充足的時間，從只有一個三涵道風扇到實現(xiàn)整機集成驗證，勉強與GE公司站到了同一起跑線上。

AETP和NGAP項目預算變化情況

盡管美國國防部在AETP項目伊始給兩家企業(yè)的合同都不到10億美元，但到2020財年，在空軍提交的預算中，整個項目的預計經(jīng)費合計達到了30.9億美元。在2021財年預算中，AETP所屬的預算項目下新增了下一代自適應推進（NGAP）項目，并已經(jīng)在2019財年撥付了1.06億美元，且編列了到2024財年總計12.7億美元的經(jīng)費預算。同時，AETP的經(jīng)費相比此前的預算發(fā)生了大幅下降，2021財年甚至只有原計劃的三分之一左右。相應調(diào)減的經(jīng)費則分配給了NGAP項目，二者總和相加仍接近34億美元。而從GE公司和普惠公司近期公開的信息來看，各自都只會完成兩臺AETP發(fā)動機的測試，原計劃的第三臺基本確定取消，這也與AETP經(jīng)費的削減相互印證。

新增加的NGAP項目的任務是開展能夠滿足下一代空中優(yōu)勢（NGAD）能力的自適應發(fā)動機原型設計和部件風險降低工作，演示可以通過縮放滿足NGAD發(fā)動機尺寸要求的自適應發(fā)動機技術(shù)，同時確保適當?shù)闹圃旌图夹g(shù)就緒水平。2016年，GE公司和普惠公司被授予的AETP合同中都包含了NGAP任務的選項，一旦六代機需求確定就立刻激活。因此，2019年5月，美國空軍六代機需求確定后，NGAP也隨之啟動。由此可見，AETP發(fā)動機并不能直接滿足六代機的需要，必須由全新的NGAP項目來滿足尺寸要求，說明六代機動力的尺寸與AETP相去甚遠，無法由后者簡單“縮放”來實現(xiàn)。

從以上分析可以看出，AETP項目本來就是為了在六代機需求尚未明確的情況下，臨時以F-35為配裝對象設計的自適應發(fā)動機驗證機，而在需求明確且與其差異較大時，AETP也就完成了其歷史任務。也正是在這種情況下，美國參議院本著物盡其用的原則，為AETP找到了另一條出路——F-35換發(fā)，并建議將2022財年的1350萬美元經(jīng)費大幅提高到2.7億美元，以加速將AETP整合入F-35戰(zhàn)斗機。只不過AETP發(fā)動機只適合F-35A，與其他機型適配難度過大，難以撼動F135的正統(tǒng)位置，美國空軍也不可能同時研發(fā)兩種大小不一、性能相近的六代機發(fā)動機，最終AETP轉(zhuǎn)化為型號的幾率很小，而實際上稱之為自適應發(fā)動機“過渡”項目更加契合一些。

NGAP：天選之子

在美國空軍2022財年的預算申請中，NGAP項目的工作內(nèi)容包括初始設計、初步設計、自適應原型計劃、詳細設計、發(fā)動機制造和發(fā)動機評估共6部分。其中，第一階段（初始設計、初步設計）從2020財年第一季度到2023財年第二季度，第二階段（自適應原型計劃、詳細設計、發(fā)動機制造、發(fā)動機評估）從2022財年第三季度到2026財年第四季度，兩階段之間存在一年的重疊期。在經(jīng)費分配上，在2020財年和2021財年為GE公司和普惠公司各提供約2.8億美元的初步設計經(jīng)費后，從2022財年開始，NGAP的詳細設計和原型開發(fā)經(jīng)費授予方為“待定”。此舉表明，美國空軍先讓兩家公司開展需求分析（初始設計）和方案設計（初步設計），結(jié)合AETP發(fā)動機的實測結(jié)果，到2022財年進行對比，最終有可能只選一家進入詳細設計階段。

美國空軍六代機數(shù)字化敏捷研發(fā)概念

美國國防采辦流程“中間級采辦”路徑定位

盡管NGAP項目的周期長達7年，但結(jié)合美國空軍六代機數(shù)字化研發(fā)理念和國防采辦流程創(chuàng)新，六代機動力的研制進度或許會大大出乎預料。六代機數(shù)字化研發(fā)理念的核心是通過應用敏捷開發(fā)、數(shù)字工程和開放式架構(gòu)，實現(xiàn)快速迭代發(fā)展。具體來說是，不再強調(diào)經(jīng)久耐用，只求在10 ～ 15年里保持足夠先進；不再強調(diào)在性能上均衡地全面領先，只要關鍵技術(shù)到位，就著手研發(fā)和裝備；不再強調(diào)規(guī)模經(jīng)濟，可能每年訂購24架，只持續(xù)3 ～ 5年，總數(shù)不超過幾百架，但利用數(shù)字化設計與制造、增材制造降低成本。按照這一理念，美國空軍在2019年5月完成NGAD的備選方案分析，到2020年9月就完成首架驗證機試飛，僅僅用時一年多，充分體現(xiàn)出數(shù)字化研發(fā)的優(yōu)勢。

而眾議院武裝力量委員會在國防授權(quán)法案中提出，期望國防部對AETP配裝F-35A采用“中間級采辦”能否實現(xiàn)快速原型和部署進行評估，這也是AETP能在2027年服役的關鍵?！爸虚g級采辦”模式是美國國防部于2018年在國防采辦程序中增加的，包括采用創(chuàng)新性技術(shù)在5年內(nèi)開發(fā)出原型機的快速原型項目，以及采用經(jīng)過驗證的技術(shù)在6個月內(nèi)投入生產(chǎn)并在5年內(nèi)完成部署的快速部署項目。這種采辦模式能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的快速驗證和轉(zhuǎn)化，與美國六代機數(shù)字化研發(fā)理念不謀而合，對于已經(jīng)實現(xiàn)多輪技術(shù)驗證的自適應發(fā)動機更是相得益彰，預計美國很有可能在六代機動力研發(fā)中采用“中間級采辦”，從而實現(xiàn)到2027年完成飛行驗證并達到可用狀態(tài)。

在NGAP發(fā)動機的推力等級上，上文已經(jīng)分析過與AETP存在較大差異。據(jù)美國《航空周刊》報道，NGAP的尺寸可能更支持下一代雙發(fā)戰(zhàn)斗機，推力可能會明顯低于F119發(fā)動機。而美國空軍表示NGAD飛機可能是包含多種機型的“系統(tǒng)簇”概念，且單個機型并不強調(diào)全面領先，其推力的需求可能會大幅下降，但在研制進度和數(shù)字化程度的要求會大幅提高。此外，NGAD首架驗證機從研發(fā)到首飛僅用時一年多，其動力必然在當前在產(chǎn)且推力適當?shù)陌l(fā)動機中選擇。目前美國空軍仍在接收的戰(zhàn)斗機發(fā)動機僅有F135與F110、F100兩種級別，F(xiàn)135推力與AETP接近，且明顯高于F119，可供選擇的就只有129kN的F110和F100了，即使擴大到其他軍種，也只有推力98kN的F414發(fā)動機。因此，可以初步判斷NGAD驗證機有可能采用兩臺推力在100 ～130kN之間的發(fā)動機，而NGAP的推力級別也不會相差太大。

結(jié)束語

自適應發(fā)動機技術(shù)經(jīng)過十多年的研發(fā)已經(jīng)基本成熟，在下一步轉(zhuǎn)化路徑的選擇上，當前風頭無兩的AETP項目由于不符合六代機的需求而面臨完成即終結(jié)的命運，成為名副其實的“過渡”項目。為了物盡其用，美國眾議院力推將AETP用于F-35，但這種用途面臨各種困難，更可取的是利用其技術(shù)成果對F135加以改進。而真正面向六代機的NGAP有可能采用數(shù)字化敏捷研發(fā)和“中間級采辦”等創(chuàng)新途徑，到2027年左右就將完成工程研制。最終美國自適應發(fā)動機技術(shù)的轉(zhuǎn)化應用可能會是明修棧道（AETP）、暗度陳倉（NGAP、F135改進）。