日本准备开展用于下一代战斗机的发动机核心机试验
2016-1-26 来源：中国航空工业发展研究中心 作者：
国外国防科技文献资料快报[据美国《航空周刊与空间技术》网站2016年1月21日报道]日本计划到2030年左右装备下一代F-3战斗机，为了打好技术基础，在完成用于飞机的小涵道比涡扇发动机的材料研究后，工程人员正准备制造一台发动机验证核心机。而在机体的技术采办项目中，另一支团队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。
防卫省技术研发本部（TRDI）表示在制造出核心机后，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）是发动机研发工作的主承包商，这也是日本正在开展支持F-3的一系列项目之一。
机体的研发人员中大部分很可能来自三菱重工（MHI），有迹象显示已经确定了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并没有证实飞机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，但不利于飞机加速。
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飞机处于待命状态，而不是采购两支高性能机队轮换使用。技术研究本部通过与其他早期研究进行对比为2013构型辩护，并针对外行人可能的质疑准备了一个尚未公开的26DMU方案，其实变化也不是带大。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——或许只是把两个方案的顺序交换了而已。
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，届时政府也将据此决定F-3飞机是否继续推进。毫无疑问政府希望在开展飞机研发之前在发动机研发上看到重大进展。
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，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。
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 C（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。项目经理在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毫不例外的采用金属材料。日本的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。
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。
武器舱的研究开始于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。超声速下武器舱投放研究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。（中国航空工业发展研究中心）
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