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Dr Evil
路人甲乙丙

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Posted - 07/18/2025 : 10:16:26

本欄照理該放「現代武器」區，但那裡需要登入帳號實在麻煩。
MDC早已經是夕陽社區，還設門禁，可能是嫌人還不夠少......

所以放這邊方便隨意進出、沒有ＭＤＣ帳號的過客也可享用
開欄第一篇～ＰＷ百年，皇家航空學會採訪，滿滿乾貨好料

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隨著普惠（Pratt & Whitney, P&W）即將於2025年迎來創立一百週年，STEPHEN BRIDGEWATER（FRAeS）專訪了同為皇家航空學會會員的MICHAEL “DOC” WINTER博士，一探這家持續創新的引擎製造商在未來的發展藍圖。

自從FRED RENTSCHLER創立普惠以來的百年間，該公司始終站在航空引擎技術的最前線，接連推出一系列劃時代的重要計畫，引領產業走向未來。

1925年7月，RENTCHLER與GEORGE J. MEAD合作，並召集一小批曾在萊特航空（Wright Aeronautical）共事的夥伴，共同為美國海軍開發一款新型、輕量化、風冷式的星形引擎。儘管構想令人振奮，但缺乏資金，RENTCHLER便向普惠機床公司（Pratt & Whitney Machine Tool Company）尋求支援。當時該公司剛從一次大戰走出，手上資金充裕且有大量產能，於是提供了RENTCHLER 25萬美元（相當於今日約450萬美元）的貸款、授權使用「Pratt & Whitney」品牌名稱，以及部分廠房空間。

這筆投資最終被證明是極具遠見的決策——首具425馬力的P&W R-1340「黃蜂」（Wasp）引擎在聖誕前夕順利完工。最終，「黃蜂」系列的產量超過36萬3千具，成為航空史上最成功的引擎之一。

普惠（Pratt & Whitney）R-1340「黃蜂」引擎於1925年完成設計、研發與製造，總產量近3萬5千具，即便百年後的今天，仍有許多持續服役中。（RAeS/NAL）

為紀念普惠百週年，《AEROSPACE》雜誌專訪了現任RTX（雷神技術公司）首席科學家、同時為皇家航空學會會員的Michael “Doc” Winter博士。RTX為當今全球航空與國防巨擘，亦為普惠的母公司。

「在設計飛機或引擎時，最關鍵的是架構本身，」Winter說明道，「黃蜂引擎採用星形結構（radial configuration），使其能夠以氣冷方式散熱。這種架構的轉變堪稱劃時代，讓推重比提高了約2.5倍。」

Winter強調，這種架構上的創新正是普惠在過去一世紀中不斷重複實踐的精神，也將延續至未來。「二戰結束後，我們從基本的噴射引擎出發，透過結構上的突破，開發出雙軸設計的J-57引擎。雖然當初為軍用而設計，但它也催生了商業噴射旅行的經濟可行性。」

低涵道比引擎（low bypass）接著演進為高涵道比渦扇引擎（high bypass turbofan），到了1990年代末期，普惠開始研發Winter所稱的下一次「飛躍級轉變」——PW1000G齒輪式渦扇引擎（GTF）系列，最終於2016年搭載於空中巴士A320neo並投入服務。

「GTF的燃油效率約提升了16%，」他補充說道，「我為此感到自豪——現代燃氣渦輪引擎是人類有史以來最複雜、最精密的量產裝置。」

Edited by - Dr Evil on 07/25/2025 10:11:29

Dr Evil
路人甲乙丙

Taiwan
4721 Posts

Posted - 07/18/2025 : 10:18:49

近年來，普惠（P&W）最具代表性的飛躍之一，便是推出了PW1000G齒輪式渦扇引擎（GTF），其燃油效率相較前代引擎提升了約16%。（RTX）

Winter博士指出，現代引擎的性能主要取決於風扇、涵道與噴嘴的效率。「這種推進效率（propulsive efficiency）再乘上核心的熱效率（thermal efficiency），」他解釋道，「也就是我們如何將燃料中儲存的能量釋放出來，並轉化為驅動軸的動能。當我們推出GTF時，等於在推進效率上實現了飛躍，但我們同時也意識到，這個架構還有極大的潛力可以深入優化。」

目前研發仍在持續推進中，團隊正研究如何進一步提升齒輪比（gear ratio）與涵道比（bypass ratio），讓更多氣流繞過引擎核心，從而提高整體效率。「迄今為止，我們已將噴射引擎的熱效率提升了400%，相較於法蘭克·惠特爾（Frank Whittle）與漢斯·馮·奧海因（Hans von Ohain）當年開發的原始引擎，」Winter補充道。「但如果你將這些進展放在理想熱力學效率的座標圖上來看，我們目前只達到約60%至70%的理想效率。」

「然而，若我們將那條理論曲線延伸至更高的溫度與壓力、直至燃料的化學計量極限（stoichiometric limit），就會發現——我們其實才走了一半的路。」

普惠（P&W）已經使用100%永續航空燃料（SAF）測試了多款引擎，包括最新款的 GTF Advantage——這是原始GTF的進階版本，在燃油效率、推力與耐用性方面均有所提升。Winter表示：「一旦有通過認證的100% SAF，我們的引擎就能立即相容使用。」

同時，普惠工程師也正重新構想商業航空推進系統的樣貌，Winter稱之為「一種我能以全新且關鍵方式控制的混合電力（hybrid-electric）、虛實整合（cyber-physical）機器」。經過對所有飛行領域的廣泛評估後，普惠發現了Winter所說的「甜蜜點」——混合動力系統的最佳輸出功率落在0.5至1百萬瓦（MW）之間。「這個功率等級非常適合推動都會空中移動（UAM）應用；而傳統區域渦輪螺旋槳飛機的動力約為2,000到3,000軸馬力（shp），也就是2到3MW左右，」他解釋道，「因此在輕度混合動力設定中，0.5至1MW的電力已能對性能產生實質貢獻。」

在這方面，普惠與其同屬RTX集團、在航空電動系統領域具先驅地位的柯林斯航太（Collins Aerospace）密切合作。柯林斯目前已開發出一系列高功率密度的電動馬達與控制系統，功率從250千瓦到1MW以上不等。雙方正共同在多個示範計畫中探索這些電動系統的混合動力應用。

針對區域渦輪螺旋槳飛機，普惠已開發出一套系統，採用相同的創新型燃氣發電器（gas generator）、電機與驅動裝置，並將其架構為平行混合動力配置。「在這種架構中，可以選擇從電力系統或燃氣發電器擷取動力，再透過共用的齒輪箱推動螺旋槳，」他說明。「這具引擎已完成製造並完成全功率任務測試，目前正整合至Dash-8-100飛機機身上，預計於2026年試飛。我們預期此混合系統可提供高達50%的總推力需求，燃油效率可望提升至30%。」

此外，普惠也與空中巴士直升機公司（Airbus Helicopters）合作，為其 PioneerLab 示範計畫開發混合電力推進系統，將兩具0.25MW等級的電動馬達發電機與普惠加拿大PW210渦軸引擎結合。

Winter亦強調，普惠正參與歐盟「潔淨航空」（Clean Aviation）計畫第一階段中的「SWITCH」項目（Sustainable Water-Injecting Turbofan Comprising Hybrid-Electrics），目標為開發一款混合動力版本的GTF示範引擎。值得注意的是，這類系統將允許在任務中的不同階段，使引擎運作在最佳效率點。「我們並不只是用電取代燃料，」Winter強調，「事實上，我們降落時電池還是滿的。」

Edited by - Dr Evil on 07/18/2025 10:20:19

Dr Evil
路人甲乙丙

Taiwan
4721 Posts

Posted - 07/18/2025 : 10:22:52

普惠（P&W）開發的「氫蒸汽注入中冷渦輪引擎」（HySIITE），可利用氫氣的極低溫特性來冷凝水氣，再由引擎排氣系統收集這些水分，並重新投入熱力循環中加以利用。（RTX）

許多飛機機體與推進系統的開發者對氫燃料寄予厚望。Winter 解釋：「氫氣的質能比為121兆焦耳（MJ）/公斤，是煤油的三倍，但其體積卻是煤油的四倍，必須以液態低溫方式儲存，這意味著不僅要有儲存空間，還要有辦法維持在攝氏零下253度的環境。」

然而，普惠對氫燃料的研究已有超過60年歷史。「1950年代，美國中央情報局（CIA）發現蘇聯擁有能夠擊落高空U-2偵察機的飛彈，飛機設計師克拉倫斯·‘凱利’·約翰遜（Clarence ‘Kelly’ Johnson）構想出一款以氫為燃料、飛行高度達10萬英尺的飛機，」Winter分享道，「當時我們（普惠）承接了這項被稱為『陽光計畫』（Project Suntan）的引擎開發任務，採用熱力膨脹循環，並於1958年完成試車。到了本世紀初，我們重新翻出這些藍圖，研究其架構如何應用於現代燃氣渦輪引擎上。」

當然，如今面對的考量已與1950年代不同——例如燃燒氫氣所產生的高量氮氧化物（NOx）早已無法接受。「當我在相同推力條件下燃燒氫氣時，會比煤油產生約2.6倍的水氣，」Winter補充道，「而這些水氣與飛行中形成的凝結尾（contrails）有關，而凝結尾會影響地球的反照率與氣候變遷。」

儘管如此，Winter認為可以將這些挑戰轉化為機會：「我們構想出一種新型引擎架構，稱為HySIITE——氫蒸汽注入中冷渦輪引擎。它利用氫氣的極低溫將水氣冷凝，並透過排氣系統捕捉這些水氣，使其不作為排放逸出，而是重新投入整個熱力循環中利用。」

自噴射時代開啟以來就已知，在引擎中注入水氣可以提升推力——1960年代B-52轟炸機起飛時冒著黑煙的畫面就是明證。Winter說明：「我們利用水的副產物來冷卻氣流並提高其密度，從而縮小引擎尺寸、降低重量並提升熱效率。同時，固定式燃氣渦輪的研究也發現，注入水氣有助於減少氮氧化物的排放。」

這類引擎的關鍵技術，在於能安裝於高溫高壓排氣環境中的熱交換器。近期在美國能源部ARPA-E機構支持下，相關關鍵元件的測試表現亮眼。「我們首先成功證明，熱交換器能在極端環境中運作並持續運作，這是第一塊技術基石，」他指出。「第二塊基石是，我們發現可利用冷卻氣流在排氣系統中大量捕捉水分——我們已能每三秒回收相當於一加侖的水。第三塊基石，則是成功將這些水注入燃燒系統，觀察對氮氧化物的影響。」

在引擎關鍵部件測試中，研究人員發現：當引擎完全以氫氣燃燒時，氮氧化物的排放可比現有GTF引擎標準值降低99.3%。此外，得益於引擎核心的縮小與熱能回收能力，燃油效率也提升了約35%。由於航空公司與空軍的營運成本中有30%至40%來自燃油消耗，這種效率改善具有相當可觀的潛力。

儘管HySIITE項目已經告一段落，但普惠仍持續投入氫能技術的研發，例如在其加拿大分部，工程師正針對PW127XT渦槳引擎進行氫燃燒測試，該計畫名為HyADES（Hydrogen ADvanced Engine Study）。然而，氫燃料的長期應用仍受限，問題並不在技術能力，而在於「綠氫」供應的極度不足。

目前全球約95%的氫氣仍來自化石燃料製程，且大多數用於生產氨，用於肥料產業。「氨是肥料的主要成分，我們不希望因此破壞食物鏈，」Winter說明。「此外，若依賴電網製造氫氣，乾淨水源也是一項有限資源。最關鍵的是，假如將去年全球生產的90%氫氣全數投入航空使用，其能量僅足以驅動全球民航機隊的10%。」

因此，若要讓這種理想燃料真正為淨零排放目標發揮作用，建構生產、輸送與儲存綠氫的基礎設施，必須成為首要投資項目。

普惠（Pratt & Whitney）目前正與歐盟「潔淨航空」（Clean Aviation）聯盟合作，參與名為「SWITCH」（Sustainable Water-Injecting Turbofan Comprising Hybrid-Electrics）的項目。（RTX）

當被問及推進系統產業面臨的最大威脅與機會時，Winter沉思片刻後答道：「其實兩者是一體兩面。我們正處於一個技術發展以史無前例的速度指數成長的時代，與此同時，全球市場也正出現前所未見的需求高峰。」

「目前引擎的訂單積壓量，是自二戰以來最高的。我們正從『需求受限』的經濟模式，轉向『供給受限』的局面。與此同時，我們也面臨壓力，必須推出效率更高、性能更強的產品。好消息是，這讓航空推進工程成為一項既穩定又令人振奮的職涯選擇。它也為公私部門合作提供了絕佳機會，加速將這些新技術推向市場。」

作為一家龐大的組織，普惠依然試圖延續創辦人Fred Rentschler與其創業團隊當年所秉持的「新創精神」。當時他們在車庫裡快速研發，設計出黃蜂（Wasp）引擎，並在短短六個月內完成首具樣品。Winter告訴《AEROSPACE》：「我們仍追求那種敏捷的開發節奏。就像HySIITE計畫一樣，我們總是優先攻克最困難的問題，這就是我們對創新的一貫態度。」

也許正因如此，普惠18.5萬名員工中有高達5.7萬人是工程師（將近三分之一），公司擁有的專利數超過6萬件——平均每位工程師就對應一件以上的專利。

這些創新有很大一部分來自RTX技術研發中心（RTX Technology Research Center）。該中心今年也將迎來第96週年，源自Fred Rentschler於1929年創設的早期實驗設施，也是在公司開業不久後便建立的。Winter自己正是在那裡展開職涯，「那時我還是一名剛畢業的博士生、滿身實驗室氣味的新人。」如今，該中心是RTX集團中專門孵化新技術與創意的核心機構，推動著集團旗下十大技術路線圖的發展。

從百年前第一具黃蜂引擎誕生以來，普惠已生產超過五十萬具引擎，始終站在推進技術的最前線。而「Doc」Winter 對於打造更卓越、更高效航空引擎的熱情，至今依然充滿感染力。

──Stephen Bridgewater FRAeS

2025年7月11日

https://www.aerosociety.com/news/step-changes-pratt-whitney-at-100/

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兵工開物．第3發
http://www.acewings.com/cobrachen/forum/topic.asp?TOPIC_ID=12252

Dr Evil
路人甲乙丙

Taiwan
4721 Posts

Posted - 07/25/2025 : 10:12:03

生死關頭 2.0：示範機能否加速英國下一代戰鬥機？

英國新型戰鬥機示範機近期亮相，這架飛機是英國四十年來首架新型戰鬥機，本應是個令人興奮的時刻。但它能否幫助GCAP保持其發展速度？邁克爾·普萊斯博士回顧了技術演示機的複雜發展歷程。

這款新型戰機於2022年7月在範堡羅航展上首次亮相，目前正在英國太空系統公司華頓工廠進行組裝。它既被稱為未來作戰空中示範機（FCAD），也被稱為作戰空中飛行示範機（CAFD）。這兩個名稱可能只是個佔位符，其真實名稱尚未公佈。希望它能比英國上一次戰鬥機演示——實驗飛機計劃（EAP）——更能激發「暴風世代」的靈感。

英國的新型示範噴射機源自於 2018 年的作戰空中戰略，該戰略促成了英國與日本和義大利合作的多國全球作戰空中計畫 (GCAP)。 GCAP 尋求開發一種新型有人駕駛戰鬥機，避免之前專案那樣的拖延。早在 2018 年，就有傳言稱新戰機將在 2030 年前投入使用，儘管今天看來目標應該是 2035 年，而新的 FCAD/CAFD 演示飛機將在 2027 年底前準備好飛行。這個時間表似乎有點偏差。從紙面戰略到演示飛行花了近十年時間，然後僅用七年時間就開發出了一架新的合作飛機。 GCAP 還沒有最終設計。僅限英國的 FCAD/CAFD 示範機並不是它的原型，只是用來檢驗最終戰鬥機可能需要的一些「知識點」是否真的有用。

X-35 和 EAP 的經驗教訓

回顧以往項目，歐洲戰鬥機「颱風」和洛克希德·馬丁公司的F-35B戰機採購項目似乎是進度不佳的標桿，英國希望此次演示能幫助他們克服這些缺點。聯合攻擊戰鬥機計畫也曾希望像GCAP一樣提高速度並降低成本，但這一願望最終未能實現。儘管在美國進行了概念驗證機試飛，但最終的F-35B垂直起降戰鬥機重量和成本均有所增加，並且交付進度大幅延誤。這很難說是英國工業界的錯，他們其實只是F-35戰機的分包商。

GCAP真正需要擊敗的開發案是跨國合作的「颱風」戰鬥機。該計畫於1980年代初啟動，目標是在1990年代中期投入使用——這與GCAP新型戰鬥機（通常被稱為「暴風」）的時間表相似。然而，可能拖慢「颱風」戰鬥機開發進度的因素之一是，在進入全面開發階段之前，它只在英國進行了一次示範飛行。這就是英國航空航天實驗飛機計劃（EAP），這可能是有史以來最無聊的快速噴射機名稱。

EAP計畫誕生的初衷相互矛盾。政府希望在測試關鍵技術的同時，確定英國皇家空軍究竟需要哪種類型的戰鬥機。而業界則希望將EAP作為「預原型」來啟動一項合作戰鬥機研發計畫。 1990年「龍捲風」戰鬥機停產後，沃頓工廠迫切需要EAP來填補工廠空間。「龍捲風」戰鬥機在技術上極具挑戰性，但它並不需要示範機。它從發射到服役只花了十幾年時間。然而，「颱風」戰鬥機在其EAP演示機首飛後，卻花了二十年才正式服役。演示機真的能幫助「按時」完成戰鬥機專案嗎？

我問了資深航空記者比爾‧斯威特曼 (Bill Sweetman) 的想法：

你當然不希望你的團隊在演示和EMD之間的間隙分散，但也不希望在演示到PDR期間不斷探索。 F-16非常接近，從LWF合約到ACF合約大約花了三年時間，但它也緊緊圍繞著電傳操縱系統、放寬穩定性、渦流和自動化LE/TE設備，到1975年中期已經進行了大量飛行。「藍色」計畫很快就過渡到了「高級趨勢」（F-117），但這更像是一個「先有雞還是先有蛋」的問題——刻意決定建造最低限度有用的飛機。從P.1127到「紅隼」FGA再到「鷂」項目，透過P.1154保持了連續性，這很不尋常，但確實有效。

「鷂」式戰鬥機是個有趣的例子－它採用了P.1127-「紅隼」-「鷂」式戰鬥機的「跳躍、跳躍、跳躍（噴射！）」設計，並拋棄了超音速的P.1154。 EAP（增強型飛機）的飛躍更大——它與「狂風」式戰鬥機幾乎沒有共同之處，而且大部分都是全新的。第一架「鷂」式戰鬥機其實是一架「紅隼」式戰鬥機。

EAP 的結果好壞參半

EAP 的資金來自英國政府以及英國和歐洲的私人資金。這架飛機在 1986 年 8 月至 1991 年 5 月 1 日期間飛行了超過 250 架次。（弗蘭克史密斯/BAE 系統公司）

EAP測試的新技術包括一種不穩定的「長耦合」三角翼鴨翼佈局。這需要一套全權限電傳操縱系統。其他技術包括數位駕駛艙、碳纖維等新材料以及電腦輔助設計等新設計工具的驗證。結果好壞參半。三角翼鴨翼佈局被證明可以工作，但在非線性氣動特性普遍存在的臨界跨音速機動工況下卻無法工作。碳纖維的主要問題是其長期耐用性，這很難在短期演示中完成。因此，由於大多數演示機都比較基礎且性能有限，EAP未能降低一些重要技術的風險。

颱風戰機首飛後，幾乎立即停飛，等待飛行控制系統安全問題。這導致工程延誤了一年多。碳纖維的耐用性已在鷂式戰鬥機和大黃蜂式戰鬥機上得到驗證，這兩款飛機在EAP試飛前就已服役於一線部隊。

演示機所需的測試和保證水準可能與生產型飛機投入一線服役所需的水平大相徑庭。因此，演示機可能會造成延誤——它們會分散人們對真正棘手的研發環節的注意力。

GCAP 的頂點學習練習

在目前的GCAP專案中，大量使用數位分身技術來降低風險並加速EAP在飛行中攻克的諸多技術的研發。英國有一項技術計劃，旨在實驗室中完善許多技術和技能。因此，人們不禁要問，新的演示器究竟有何用途。我也曾就此向Bill Sweetman諮詢過：

"數位分身技術在JAS 39E和B-21上似乎效果良好，有助於從初步和關鍵設計過渡到生產。它們的作用似乎在於發現複雜系統中的問題，這些系統包含許多在空間、重量、熱、功率、噪音/振動、資訊等不同領域相互作用的組件。它們有助於更早獲得成熟的生產設計。然而，需要注意的是，這兩款飛機對承包商來說都不是太大的挑戰。「鷹獅E」的機身結構與C/D非常相似（但他們仍然進行了演示），而B-21是NGC自20世紀90年代末「飛馬」計畫以來設計的一系列類似「卡申」型、源自B-2的翼尖融合隱形飛機之一。

GCAP是數十年來所有參與者設計的首架高性能飛機。因此，如果該演示機得到其他技術開發（例如製造技術、保障性演示、散熱問題等）的支持和協調，它或許可以作為一項重要的學習練習。這樣的學習練習對於隱身技術來說可能特別重要，因為迄今為止，所有全面的隱身項目都面臨著同樣的問題：隱身在概念上很簡單，但它會讓其他一切都變得非常困難。"

在由英國航空發動機學會 (RAeS) 主辦的 2022 年 GCAP 圓桌會議上，討論的議題之一是適航當局批准數位化設計數據的必要性。或許演示機就是為了實現這一點。如果是這樣，那麼這是一個值得歡迎的舉措，因為 EAP 表明，不進行需要適航保證的驗證工作，在時間和資源上都是一種錯誤的節約。

直接進入困難部分？

如果新的FCAD/CAFD演示機的目的更類似於EAP，即測試不同的技術“部件”，那麼或許值得擔憂。作為《作戰空中戰略》工作的一部分，國防部要求我回顧過去的項目，以了解哪些項目進展最快。最終，過去計畫的數據似乎表明，越早試飛一架準備投入生產的飛機越好。簡而言之，避免進行獨特的演示，直接進入關鍵階段，就能更快獲得第一線作戰能力。正如比爾·斯威特曼所說，你希望生產型飛機的設計與演示版接近。更重要的是，你希望保持原有的設計團隊的凝聚力。

泛泛的概念級技術演示往往收效甚微。它們給人一種進展的假象，實際上卻停滯不前。如果其他國家或公司已經試飛或測試了類似的技術，並證明了一項技術的可行性，那麼重複這種泛泛的工作似乎沒有什麼實際意義。值得注意的是，GCAP 的合作夥伴之一——日本，已經試飛了自己的展示機——三菱的 X-2 Shinsin。 FCAD/CAFD 真正帶來什麼意義？或許只是讓英國有權宣稱自己也擁有一架示範機。

總結

細節決定成敗，越早解決交付可服役、完全保證的生產型飛機或系統所需的具體問題，就越好。如果英國新的驗證機能做到一些，那麼它將在EAP失敗的地方取得成功。它將是一種新型的驗證機，能夠透過應對保證方面的挑戰，真正縮短開發週期。

如果不是這樣，歷史教訓似乎顯而易見。拖延解決保障問題可能削弱快速行動的野心。而如果沒有這一點，英國「作戰空中戰略」最初的夢想——重振英國戰鬥機設計和皇家空軍戰鬥機前線——可能已經破滅。

Michael Pryce 博士
2025 年 7 月 22 日

https://www.aerosociety.com/news/the-quick-and-the-dead-20-can-a-demonstrator-speed-up-britain-s-next-fighter/

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兵工開物．第4發
http://www.acewings.com/cobrachen/forum/topic.asp?TOPIC_ID=12252

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