日本将装备下一代战机F3 研究获进展
2016-01-27 16:22:00   来源:中国新闻网
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日本计划到2030年左右装备下一代战斗机F-3,据悉,每架F-3战斗机将装备两台该型发动机,其结构与美国F-22使用的F119发动机类似,采用双轴对转形式,包括3级风扇、6级高压压气机、1级高压和1级低压涡轮。

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日本计划到2030年左右装备下一代战斗机F-3,为此,日本工程人员正准备制造一台该战斗机配套发动机的验证核心机,同时已经在超声速下武器舱门的应用研究方面取得了很大进展。

日本防卫省技术研发本部(TRDI)表示,在制造出发动机验证核心机后,将逐步完成包括风扇和低压涡轮在内的整台发动机验证机。石川岛播磨株式会社(IHI)是该发动机研发工作的主承包商。

F-3机体的研发人员有大部分很可能来自三菱重工(MHI),有迹象显示,日本已经确定了F-3战斗机2013构型的一些指标,相比飞行性能来说,更加强调耐久性和武器载荷。TRDI并没有证实F-3已经确定的总体布局,但项目此前使用的最新演示文件中曾出现与2013构型相似的图样。

这一被称为25DMU(平成25年数字样机,即2013构型)的方案描述了一种采用腹部弹舱的重型战斗机,可内置6枚与“流星”导弹尺寸相当的冲压动力空空导弹。飞机采用大而薄的机翼,能提供大油箱容量和低诱导阻力,但不利于加速。

2014年TRDI曾公布了一份分析结果,显示为何这种构型是最佳方案。其关键因素是高耐久性设计可以使更多战机处于待命状态,而不是采购两支机队轮换使用。

在2015年11月上旬举办的2015防卫装备厅技术研讨会上,日本公布了疑似F-3战斗机第26号数字模型(26DMU)设计。

此外,日本防卫省技术研发本部通过与其他早期研究进行对比,为2013构型辩护,并针对可能的质疑,准备了一个尚未公开的26DMU方案。根据最新报告中的图样,新方案相比25DMU区别在两个方面:武器舱仅能容纳4枚导弹,取消了驾驶舱前下方的红外传感器。

尽管TRDI宣称发动机研发的下一个步骤是制造和测试核心机,然后开展整机试验,但并未给出明确的时间表。根据早先的计划,低压压气机(风扇)和低压涡轮的原型将在2017财年完成试验(试验开始时间为2015财年),发动机原型机应在2018财年开始演示试验,届时日本政府也将据此决定F-3飞机是否继续研发。毫无疑问,日本政府希望在开展飞机研发之前在发动机研发上取得重大进展。

TRDI表示,发动机核心机的另外两大单元体——压气机和燃烧室的试验已经取得了很好的结果,但并没有公布过多细节。根据至少三年前公布的计划,该发动机验证机的推力将达到15吨,采用长细比较大的外廓形状,从而降低阻力。

据悉,每架F-3战斗机将装备两台该型发动机,其结构与美国F-22使用的F119发动机类似,采用双轴对转形式,包括3级风扇、6级高压压气机、1级高压和1级低压涡轮。除非在试验中出现重大问题,目前来看,发动机的主要构型已经基本确定,TRDI也一直在使用2011年首次公布的发动机图样。

根据更新的进展情况,TRDI证实发动机高压涡轮进口燃气温度将达到1800℃(3300F),这也是项目早期提到的指标之一。到目前为止,开展的研究显示,发动机涡轮罩环可能采用了陶瓷基复合材料(CMC),为碳化硅增强的陶瓷基体,耐温能力优于金属材料。涡轮导向叶片和工作叶片将采用镍基单晶合金,涡轮盘材料为自主研发的TMW-24镍钴合金。日本技术人员在5年前曾希望用CMC材料制造导向叶片,而更具挑战的工作叶片将采用金属材料。日本研究人员建议涡轮转子的TMW-24盘可以通过传统的铸造-锻造工艺制造,而不是过去二三十年间常用的粉末冶金工艺。

日本研究人员估计,TMW-24材料的涡轮盘在630兆帕的离心力下,寿命可以达到1000小时。在此条件下,TMW-24盘耐温可以达到710C,接近十年前粉末冶金技术的730C水平,超过1970年代中期以来最好的铸造-锻造技术的690C,不过,这方面的实际性能尚未得到确认。

F-3武器舱的研究始于2010年,2013年开始测试,将揭示武器在哪些超声速气流速度和角度组合下可以从舱内分离。下一步将是设计一套释放结构。

日本工程师对从亚声速飞机机舱内投放武器已经很熟悉了,例如川崎重工的P-1海上巡逻机。至于超声速下武器舱投放研究,则是通过计算力学和风洞试验来进行的,能够模拟武器舱门打开状态下的飞机下表面,风洞的速度范围为马赫数0.3-2.5。根据一份2012年的报告,风洞释放试验的速度为马赫数1.4,是空空导弹发射时可能的速度。到报告发表时,已经对11种不同的凹腔形状进行了研究。(如需转载,请注明来源自IT科技年)