为了探索新型航空发动机研制规律，通过收集整理美国AATE 和ITEP 两项计划中的2237 kW 涡轴发动机GE3000 和HPW3000 研发的一些公开信息，结合美国国防科技的分类分阶段管理，再现了美国新型发动机阶段化研发的全貌。
指出美国国防科研的分类管理体现了原始创新和集成创新均衡发展的科技创新理念，国防武器装备研发的分阶段全寿命周期管理反映了基于技术成熟度对复杂系统研发有效的风险管控理念，实力相当的竞争在帮助军方获得最优装备的同时，也促使参与竞标的公司不断提升自身的技术和管理水平，推动了持续的技术创新。
1、引言美国GE公司和先进涡轮发动机公司（ATEC，霍尼韦尔和普惠的合资公司）目前正在通过先进经济可承受涡轮发动机（AATE）计划和改进涡轮发动机（ITEP）计划竞争研制新型2237kW涡轴发动机，以替换UH-60“黑鹰”和AH-64“阿帕奇”直升机配装的现役T700涡轴发动机。
本文通过收集整理美国正在竞标研发的候选涡轴发动机GE3000 和HPW3000 的一些公开发表的信息，结合美国国防科技的分类分阶段科研管理，力图显性化描述新型发动机阶段化研发的全貌，以有助于认识航空发动机研发规律。
2、AATE和ITEP 计划2.1 AATE 计划与2237kW 涡轴发动机美军“黑鹰”和“阿帕奇”直升机在伊拉克和阿富汗战争中显示出作战能力的不足，但其配装的T700发动机继续提升性能的潜力有限，需要研制全新的动力系统。
因此，美国航空应用技术理事会于2007年启动了先进经济可承受涡轮发动机（AATE）计划，该计划为通用经济可承受先进涡轮发动机（VAATE）计划的一部分，其目标是研发1 型尺寸与T700发动机相同，质量为204 kg的2237kW发动机，在保持T700发动机质量和良好的可靠性、可维护性、耐久性与可生产性的基础上将油耗降低25%、功率提高50%（达到2237kW 级别）、功重比提高65%、寿命延长20%以及成本降低35%[1-4]。
AATE 计划属于技术基础计划，旨在验证技术是否成熟以及原始设备制造商（OEMs）是否能设计1 款无论是在尺寸、质量和体积方面都能够达到要求的2237kW 发动机，确保以较低的技术风险进入后续ITEP计划。
AATE计划包括2个演示验证发动机项目：ATEC的HPW3000 和GE 公司的GE3000。
GE 和ATEC 公司必须在科学和技术（S&T）阶段为未来的ITEP发动机进行AATE 技术验证，美国陆军航空应用技术理事会完成了对以上2 种验证发动机的初步设计、详细设计和关键技术评审，经过5 年的设计和研究，GE 和ATEC 公司已经验证了2 台发动机，成功完成耐久性和性能试验。
AATE 计划中每台验证机合同经费为1.09亿美元。
AATE 计划是为装备采办研制项目提供先进技术储备的预研性质项目，为取得较好的燃油效率和更大的功重比打下了良好的技术基础。
其实施是为了降低研发技术风险，为顺利进入ITEP计划铺平道路。
在AATE计划结束后，验证发动机还不能提供使用，必须进入ITEP计划下的技术开发以及工程和制造阶段。
在AATE 计划下，HPW3000 和GE3000 发动机的技术研究情况如下。
（1）HPW3000 发动机ATEC 在2008 年5 月收到美国陆军科学与技术阶段的合同。
HPW3000 为2 轴发动机结构，可在有/无辅助动力装置（APU） 下起动，2011 年中期，HPW3000 发动机进行了核心机（仅高压系统）试验，2012年1月，完成了燃气发生器（高、低压系统）试验。
HPW3000发动机进行了首台发动机持久试验，第2 台发动机进行了性能试验和吞沙试验。
在发动机性能试验过程中收集了每台发动机部件数据，如发动机对高压和高温的响应，同时，也测试了功率和燃油效率以保证发动机满足该计划的目标；在吞沙试验中，利用1 台投沙试验设备将沙投入发动机中，测试发动机的吞沙容忍能力，吞沙试验并不是科学和技术（S&T）阶段的典型试验，但通过试验可以很好地验证发动机的吞沙性能以降低进入ITEP 计划的风险。
（2）GE3000发动机GE公司选择了5个AATE部件进行技术验证，如涡轮、陶瓷基复合材料、机械系统、紧凑型高功率燃烧室和压气机。
完成了第2台GE3000发动机的性能评估、持久性和吞沙等试验。
2.2 ITEP 计划与2237 kW 涡轴发动机型号研制ITEP计划即美国陆军的改进涡轮发动机计划，承接AATE计划，是美国陆军航空NO.1现代化计划，目标是把预先研究的先进技术用于型号研制阶段，研制和取证1型先进的2237kW涡轴发动机，替代UH-60“黑鹰”和AH-64“阿帕奇”直升机配装的现役T700-701D涡轴发动机，在未来30年或更久的时间内保持这些现役直升机的作战能力。
与现役基准发动机相比，功率提高50%，功重比提高65%、油耗降低25%，生产和维护成本降低20%~35%，这些目标与AATE计划的一致。
此外，ITEP发动机要求能在35℃候条件下提高直升机飞行高度至1829m以满足美国陆军的航程和载人能力提高1 倍的新要求，为美国陆军未来旋翼机发动机的工程发展奠定验证技术基础。
ITEP发动机服役时应最小程度地修改UH-60和AH-64的机体，与“黑鹰”和“阿帕奇”直升机的适配性强。
此外，研制的ITEP发动机与以往的涡轴发动机不同，还应具有FAA 适航取证的能力。
美国陆军于2015年9月发布ITEP发动机初步设计评审的竞争性技术开发邀标书，要求发动机生产商提供设计方案、技术数据和设计图纸，以评审竞争型发动机通过整机试验和与飞机集成的飞行试验的技术研发阶段之后是否能进入到工程和制造发展（EMD）阶段，只有当研制的发动机达到里程碑C 决策点之后才可以进入小批量生产阶段。
美国陆军项目邀标书中要求2家竞争公司安装和验证各自发动机的性能、安装的便捷性以及与飞机集成性。
尽管通过竞争手段来支持多个候选机型的研发费用很高，但美国陆军新闻局仍要求保持2 家发动机公司参与竞争直至进入EMD，这样有助于提升各公司研发能力、降低美国陆军的研发成本和管控风险，最终研制出更好的产品。
预计在2017年选出惟一的ITEP发动机生产商，2024 年进入小批量生产阶段，2026 年开始大批量生产。
GE和ATEC2家公司正在竞争ITEP发动机的合同，GE公司的GE3000发动机和ATEC联合公司的HPW3000发动机是ITEP发动机的2种候选机型[5-7]。
在ITEP计划下，HPW3000 和GE3000 发动机的研制情况如下。
（1）HPW3000 发动机HPW3000为2轴发动机，要求低功率起动以及降低整机安装费用。
该发动机允许使用电池起动，陆军也可选择无辅助动力装置（APU）起动。
对HPW3000发动机进行了初始试验，燃油效率提高了25%。
2013年完成首台整机上的30h简化耐久性试验和第2台整机上的性能和吞沙试验，以进一步验证发动机硬件；2014年完成第2台发动机调试；截止2015年3月，2台技术验证机完成性能演示、持久性调试和吞沙试验[12-13]。
（2）GE3000发动机GE3000发动机为新型基准型发动机，在ITEP计划下，将采用多项先进技术，如高温陶瓷基复合材料（CMC），增材制造零部件以及先进的3D气动设计，而且也能有/ 无APU 起动以满足美国陆军未来直升机执行任务的卓越性能要求，同时，GE公司致力于在吸取T700数百万小时作战经验的基础上，将GE3000发动机性能相比T700 发动机的大幅提升。
GE公司每年花费约10亿美元研发革命性的新技术，GE3000发动机正是得益于此。
GE3000发动机进行了初始试验以验证采用新材料后在没有增加质量的情况下强度得到提高，2013年完成了整机试验，这些试验的成功验证了GE3000发动机技术的先进性[8-11]。
（3）竞争态势尽管GE和ATEC公司在正在研制全新的2237kW涡轴发动机过程中，预算经费面临挑战，但美国陆军和国会仍会给予ITEP项目很大支持，按计划为AH-64“阿帕奇”和UH-60“黑鹰”换发。
目前，美国陆军ITEP计划正在单轴和双轴结构之间开展竞争[14]。
GE公司认为单轴是最佳方案，其结构更加简单、质量更轻，且技术更加成熟，虽然在双轴结构中，发动机压缩部分的某些转动件转速可以更快或更慢以获得最佳性能效率，但如果要保持原T700发动机的安装尺寸不变，在如此“狭小”的小型涡轮发动机上采用双轴结构并不可取。
而ATEC公司认为考虑到配装对象和所需性能，应研发双轴燃气发生器；ATEC公司在过去数十年研制了很多配装固定翼飞机的双轴发动机产品，具有丰富的研发经验。
美国陆军同时授予GE和ATEC2家公司初步设计合同。
在后续研发中，2家公司2种结构布局的竞争将会更加激烈，但不管最终结果如何，2家公司的发动机技术水平因这种良性的竞争会再上1个台阶。
3、新型发动机分阶段研发管理分析3.1 美国国防科技的分类分阶段管理航空发动机的研究和发展是指从技术的概念形成开始，到将采用这些技术的发动机符合其型号规范要求这一过程中的全部技术活动。
航空发动机研发是1个复杂的系统工程，涉及研究和发展的分类管理和系统寿命周期的分阶段管理[15]。
国防科研按美国财政管理规定分为7类，即基础研究、应用研究、先期技术开发、先期部件开发与技术样机、系统开发与验证、科研管理保障和作战系统开发[16]，分类的相关说明见表1。
针对预研项目风险大和项目创新性强的特点，美军也在寻求管理模式的创新。
2009年，美国《武器系统采办改革法》规定在项目进入型号工程研制阶段之前，应保持2家或2家以上的承包商进行样机研制与演示验证，通过样机的竞争以提高技术成熟度[17]。
同时，美军强化技术成熟度的审查评估，配备专门部门负责关键技术成熟度和集成风险管理。
美军对国防科研的分类分阶段管理，反映了美国对复杂系统研发风险管控的理念，如图1 所示。
一旦“武器装备开发决策”确认后，新型航空发动机的型号研制工作将按系统全寿命周期分阶段研发管理[18-19]，如图2 所示。
从上述分类分阶段管理介绍可知，美国在航空发动机的研发方面有1套完整的科研管理体系，通过预先研究先取得技术突破，经装备开发决策确认后，再按武器装备全寿命周期管理推出满足作战需求的新型装备，以维持美军长期以来的作战能力优势。
2016-04-06 09:00 《航空发动机》 肖蔓 我要评论0字号： 3.2 新型涡轴发动机的分阶段研发分析AATE / ITEP 计划作为美国国防科研项目，必须按国防条例和指令进行研发管理。
由于目前公开发表的有关GE3000 和HPW3000 涡轴发动机研发信息有限，无法直接看到这2个项目研发情况的全貌，但通过对公开发表信息的梳理，结合上述国防科研分阶段管理规定，可以分析出该项目分阶段研发的情况。
关于T700换代的GE3000和HPW3000涡轴发动机分类研发对照见表2，其进展对照见表3 并如图3所示。
4、结束语通过对AATE和ITEP计划下T700发动机换代候选发动机GE3000和HPW3000研发过程的分析，可以得出以下结论：（1）国防科研的分类管理体现了美国科技创新理念，科学和技术类侧重突出技术先进性的原始创新，武器装备研发类侧重突出产品竞争力的集成创新。
（2）国防武器装备研发的分阶段全寿命周期管理反映了美国基于技术成熟度对复杂系统研发有效的风险管控理念。
（3）科学合理且有针对性的预先研究和型号研制计划，如AATE计划和ITEP计划，是促成新型发动机研发各阶段顺利过渡的关键。
（4）AATE和ITEP计划遵循美国国防部分类、分阶段的科研管理规定和条例，在美国陆军采购策略的指引下，在2种不同技术特征和结构布局的候选发动机机型GE3000和HPW3000发动机之间展开良性竞争，通过全面评估将最终选择1型发动机进入工程和制造阶段。
这种竞争促使参与竞标的公司尽尽最大努力去实现发动机技术和成本的优化，以满足美国陆军对新型发动机的严酷要求，同时驱动其不断提升技术和管理水平，保持持续的技术创新动力。
（5）即使对于美国这样的航空发动机强国，全新升级换代航空发动机的研发也并非一蹴而就，必须严格按分类分阶段一步一个脚印逐步推进，才能最终获得研发的成功。