General Electric XA100 : un motore a ciclo adattivo per l’F-35 e per il “Next Generation Air Dominance – NGAD”

by AvioBlog · 4 Giugno 2021

La General Electric ha completato i test del suo primo motore a ciclo adattivo XA100, inaugurando una nuova era nella propulsione dei futuri velivoli da combattimento.

A fine dicembre 2020 la General Electric ha avviato i test presso il proprio impianto di prova in altitudine di Evendale, Ohio. Le prestazioni del motore e il comportamento meccanico erano coerenti con il progetto e completamente in linea con gli obiettivi del Programma di transizione del motore adattivo (AETP) dell’USAF.

Questo test convalida la capacità del motore XA100 di General Electric nel fornire capacità di propulsione trasformativa agli aerei da combattimento in progetto (NGAD?).

I tecnici sono rimasti eccezionalmente soddisfatti dalle prestazioni del motore durante i test; portare un nuovo motore da combattimento per testarlo per la prima volta è un’impresa impegnativa e questo successo è una testimonianza della grande squadra che lavora alla nuova tecnologia motoristica così rivoluzionaria.

Il motore XA100-GE-100 combina tre innovazioni chiave per offrire un cambio generazionale nelle prestazioni della propulsione da combattimento:

Un motore a ciclo adattivo che fornisce sia una modalità alla massima spinta e potenza, sia una modalità ad alta efficienza per un risparmio di carburante ottimale nel tempo di attesa;
Un’architettura di terzo flusso che fornisce un cambiamento radicale nella capacità di gestione termica, consentendo futuri sistemi di missione per una maggiore efficacia di combattimento;
Ampio uso di tecnologie di componenti avanzate, inclusi compositi a matrice ceramica (CMC), compositi a matrice polimerica (PMC) e produzione additiva.

Queste innovazioni rivoluzionarie aumentano la spinta del 10%, migliorano l’efficienza del carburante del 25% e forniscono una capacità di dissipazione del calore significativamente maggiore, il tutto all’interno dello stesso involucro fisico degli attuali sistemi di propulsione.

“Questo è stato il test del motore più pesantemente strumentato nella storia della General Electric e dell’US Air Force. Siamo stati in grado di ottenere un’immensa quantità di dati di test di alta qualità che dimostrano le capacità del motore e dimostrano un buon ritorno sull’investimento dell’Air Force”, ha spiegato Tweedie. “L’Air Force è stata parte integrante del team durante l’intero processo di progettazione e test. Questo ampio coinvolgimento è stato fondamentale per raggiungere questo traguardo. È stata un’incredibile partnership e collaborazione”.

Il test del prototipo del nuovo motore sarà la pietra angolare di uno sforzo pluriennale di maturazione della tecnologia e di riduzione del rischio per portare i motori a ciclo adattivo alla piena maturità in stretta collaborazione con l’aeronautica statunitense.

Gli sforzi sono iniziati nel 2007 con il programma Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT), sono proseguiti nel 2012 con il programma Adaptive Engine Technology Development (AETD) e sono culminati nel lancio dell’AETP nel 2016. Questo lavoro di sviluppo ha fornito alla General Electric una solida base per l’analisi del progetto con attività di test empirici per ottenere con successo un motore prototipo utilizzabile tra non molto in serie e su vasta scala. La General Electric è l’unica azienda motoristica ad essere premiata per aver completato entrambi i precedenti programmi ADVENT e AETD.

L’assemblaggio del secondo prototipo del motore XA100 di General Electric è a buon punto, con i test su quel motore che dovrebbero iniziare entro la fine del 2021. Una volta completato, ciò concluderà i principali risultati del programma AETP.

L’XA100 è un prodotto della General Electric Edison Works, una business unit dedicata alla ricerca, sviluppo e produzione di soluzioni militari avanzate. Questa business unit ha la piena responsabilità per la strategia, l’innovazione e l’esecuzione di programmi avanzati.

Il General Electric XA100 è un motore a ciclo adattivo a triplice flusso sviluppato dalla General Electric (GE) per il Lockheed Martin F-35 Lightning e per il programma di caccia di sesta generazione dell’aeronautica statunitense, il Next Generation Air Dominance (NGAD).

Il design del ciclo adattivo a tre flussi può dirigere l’aria al terzo flusso di bypass per una maggiore efficienza del carburante e raffreddamento o ai flussi del nucleo e della ventola per una spinta e prestazioni aggiuntive. Si prevede che il motore della classe di spinta da 45.000 lbf (20,412 kgf; 200 kN) sarà significativamente più potente ed efficiente rispetto ai turbofan a basso bypass esistenti.

Sviluppo

La US Air Force e la US Navy hanno iniziato a perseguire motori a ciclo adattivo nel 2007 con il programma Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT), una parte del più ampio programma Versatile Affordable Advanced Turbine Engine (VAATE). Questo programma di ricerca tecnologica è stato poi seguito dal programma Adaptive Engine Technology Demonstrator (AETD) nel 2012, che ha continuato a far maturare la tecnologia, con test eseguiti utilizzando motori dimostrativi. I test del dimostratore a terra di GE nel 2015 hanno prodotto le più alte temperature combinate di compressore e turbina nella storia della propulsione a reazione. Il successivo Adaptive Engine Transition Program (AETP) è stato lanciato nel 2016 per sviluppare e testare motori adattivi per la propulsione dei caccia di sesta generazione, nonché il potenziale re-engineering dell’F-35 dal motore turbofan F135 esistente. Ai dimostratori è stata assegnata la designazione XA100 per il design di General Electric e XA101 per quello di Pratt & Whitney. L’obiettivo dell’AETP è dimostrare il 25% di efficienza del carburante migliorata, il 10% di spinta aggiuntiva e una gestione termica significativamente migliore. Ulteriori aggiudicazioni e modifiche del contratto dall’Air Force Life Cycle Management Center(AFLCMC) nel 2018 ha aumentato l’attenzione sul re-engineering dell’F-35 e il design di GE è diventato “F-35 design-centric”; ci sono state anche indagini sull’applicazione della tecnologia negli aggiornamenti per i sistemi di propulsione F-15, F-16 e F-22. Il progetto dettagliato di GE è stato completato nel febbraio 2019 e i test iniziali presso l’impianto di prova ad alta quota di GE a Evendale, Ohio, sono stati conclusi nel maggio 2021.

Progettazione

L’XA100 è un motore a ciclo adattivo a tre flussi che può regolare il rapporto di bypass e la pressione della ventola per aumentare l’efficienza del carburante o la spinta, a seconda dello scenario. Lo fa impiegando un terzo flusso di bypass in cui il motore può dirigere l’aria per aumentare il risparmio di carburante e agire come dissipatore di calore per il raffreddamento; in particolare, ciò consentirebbe un maggiore utilizzo della parte ad alta velocità e bassa quota dell’inviluppo dell’F-35. L’aumento del raffreddamento e della produzione di energia consente anche il potenziale impiego di armi a energia diretta in futuro. Quando è necessaria una spinta aggiuntiva, l’aria dal terzo flusso può essere diretta ai flussi del nucleo e del FAN. Oltre alla configurazione del ciclo adattivo a triplice flusso, il motore utilizza anche nuovi materiali resistenti al calore come i compositi a matrice ceramica (CMC) per consentire temperature della turbina più elevate e prestazioni migliorate. Secondo GE, il motore può offrire fino al 35% di autonomia in più e il 25% di riduzione del consumo di carburante rispetto ai turbofan attuali.

Applicazioni