整机丨GE自适应循环发动机XA100与第三阶段试验

GE的XA100和普惠的XA101均在空军的自适应发动机过渡计划（AETP）中进行了测试，这两种发动机都曾是F-35战斗机的候选发动机，美国空军部长肯德尔原计划在2020年代末在F-35A上换装XA100或XA101，然而，美国海军并不支持对F-35C进行类似的重新投入，面对60亿美元的开发和整合成本，肯德尔决定在2024财年的预算申请中取消该项目。

美国空军已提议在2024 财年取消自适应发动机过渡计划（AETP），将世界上第一台自适应涡扇发动机的命运交给国会。普惠支持空军升级F135发动机电源模块和热管理系统的决定，但通用电气（GE）正在游说国会将AETP计划至少延长一年。通用电气先进产品部副总裁兼总经理David Tweedie于5月2日在公司位于俄亥俄州埃文代尔的工厂告诉记者，已经开始对第二台XA100进行第三阶段测试。

对于GE，现在的目标是在2024财年完成A100发动机生产版本的详细设计审查，这将从名称中删除试验性“X”前缀。尽管GE长期以来一直将XA100描述为“生产代表性发动机”，但运营版本还需要进行多项更改。其中包括更轻的硬件和新的全权限数字发动机控制 (FADEC) 系统，取代前两个XA100实验版本中从已取消的F136计划中借用的计算机化点火和控制系统。

自适应发动机有望实现涡扇发动机性能的下一个突破：增加4000磅（1.8吨）推力，或者根据任务需要将F-35A的航程增加360海里（667千米），同时机载电子设备的冷却能力提高四倍以上。虽然F135发动机能以14千瓦的冷却能力满足原始要求，但Block 4版本的F-35A中的新航空电子设备和传感器升级需要47千瓦。XA100的第一个版本可以提供高达62千瓦的冷却功率，并有望达到80千瓦。

为了证明这些能力，GE获得了允许记者和专家进入“高空台实验室44” （Altitude Test Cell 44）参观的批准。

第一台XA100发动机的拆卸件摆放在实验室的地板上。发动机风扇框架部分揭示了三流、自适应涡扇技术的革命性几何形状，框架由一系列圆形通道雕刻而成。首先，一个大约8英寸（20厘米）直径的内涵道将风扇吸入的空气直接引入发动机核心机；在内涵道外，直径大约为2英寸（5厘米）的通道引导绕过核心机的气流，即旁路流；最后也是最重要的是第二个类似大小的涵道环绕着第一股旁路流。通过在巡航飞行期间打开一个阀门将空气释放到该涵道中，XA100可以显著增加核心机周围的旁路气流。

在风扇框架旁边，GE布置了两种用于低压涡轮第二级的叶片，一种由金属制成，另一种由陶瓷基复合材料（CMC）制成。金属叶片在普通战斗机发动机中暴露在高达2400°F（1316°C）的温度下，其边缘有数十个小孔，可让冷却空气流过叶片，有助于将叶片表面温度降至1900°F（1038°C）。相比之下，CMC叶片虽然是固体，但重量却轻了30%，其材料特性能够在没有主动冷却的情况下承受废气的热量。

XA100大约10%的重量来自增材制造部件，包括使用传统制造工艺无法制造的复杂预冷器和热交换器。

在实验室内看不到的是FADEC中控制复杂自适应旁路流量的软件。经过16年的模拟，算法已经成熟。GE表示，该软件曾经需要数小时来处理发动机巡航和冲刺模式之间的转换，现在可以根据油门输入进行即时和无缝的切换。