原创 发展中心 孙友师 2025-04-01 18:16 北京
引言
美空军认为，为了在未来竞争环境中保持空中优势，下一代战斗机必须具备先进电子战、高功率激光武器、高隐身等能力，这些能力对电力系统和热管理系统都提出了严峻挑战。另一方面，复合材料蒙皮、高效率发动机和高度嵌入的飞行器系统将使得飞机散热愈发困难，从而加剧了上述挑战。
为了应对上述挑战，美空军研究实验（AFRL）先后实施了“飞行器能量综合技术”（INVENT）计划等多项计划。INVENT计划于2017年结束，据美国航空航天学会（AIAA）网站2016年年底报道，AFRL将启动“兆瓦战术飞机”计划继续开展技术验证，但公开渠道并未见“兆瓦战术飞机”计划合同授予等相关信息。2016年年底，美空军启动了“下一代热、电力与控制”（NGT-PAC）计划，并开始公开招标。有资料表明，NGT-PAC计划与“兆瓦战术飞机”存在密切的联系。
2017年7月至8月，AFRL先后授予美国六家公司NGT-PAC计划主承研合同，包括波音、洛克希德·马丁、诺斯洛普·格鲁门三家主机商和通用电气、霍尼韦尔、普拉特·惠特尼（现为RTX子公司）三家发动机厂商。由于密级较高（Top Secret，绝密级，相关材料通常采用橙色标识），NGT-PAC计划除美国国防部公布的合同信息外，鲜有具体研发信息披露。目前，该计划即将完成，本文综合多种开源信息，对该计划执行情况及其影响进行初步分析。
一、计划概况
根据AFRL的招标文件，NGT-PAC计划（下文简称该计划）经费上限为4.09亿美元，研究周期为7年。研究目标为：增进对未来热、电力和控制需求的知识和理解；通过演示验证，证明热、电力与控制组件和架构的技术可行性，评估其运行性能和可生产性，推动技术发展；通过采用现有飞机和发动机作为试验台开展技术演示验证，提高技术的经济可承受性。
该计划按机体和发动机两个方面开展研究，具体内容涉及多个领域，其中面向发动机和机体共同投资的领域涉及热管理技术、电力技术和控制技术等，并强调架构与综合研究，同时也关注工具与方法（计算工程、系统分析）研究。
从AFRL授予的后续研发合同看，该计划实际上重点关注了热管理和电力系统两大领域。
在热管理领域，该计划主要研究改善热能采集、输送和排放的技术，包括基础热科学研究、两相材料应用研究、自适应和混合热循环系统研究、热管理系统多尺度建模与仿真、高功率/短工作周期热载荷的热管理技术研究等；还涉及热管理系统向发动机气流和燃油排热问题，包括降低引气等因素对发动机性能影响的技术、热交换器与发动机综合技术、能量存储技术、载荷共享技术和先进发动机控制技术等。
在电力系统领域，该计划主要研究实现鲁棒、可靠和高效的电源管理、存储和分配的技术，包括高温电子器件碳化硅应用研究、先进电力控制和分配组件（如电存储器和固态配电装置）研究、电源系统架构研究、电力系统稳定性分析等。
二、计划执行情况
1、合同签订情况与主要研发内容
该计划合同分为主合同和子合同。主合同由AFRL与6家主承研商签订，共签订了17个，可分为初始订单合同和后续研发与评估合同两类。子合同共60多个，由主承研商与子承研商签订。
（1）初始订单合同
初始订单合同在2017年中选定主承研商时同步签订，包括两类6个：
一是“定向能武器热管理和电力系统改进”，分别授给波音、洛马、诺格三家主机商，目标是评估在现有战斗机和轰炸机上安装激光武器带来的影响，要求承研商选择一种熟悉的战斗机或轰炸机进行改装，开展概念设计，评估可行性，分析改装对航程、载荷、任务能力的影响，估算改装成本。
二是“高功率改进”，分别授给通用电气、霍尼韦尔和普惠公司，目标是研究双轴功率提取技术对现有战斗机和轰炸机发动机的可行性，要求承研商改装一种熟悉的战斗机或轰炸机发动机，评估改装对体积、重量和任务约束的影响。
（2）后续研发与评估合同
后续合同包括关键技术研发、综合演示验证、技术差距评估三大类（详见图1）。
面向飞机的关键技术研发包括：①波音公司承担的“发电机储能综合系统”研发；②洛马和诺格各自独立承担的“能量生成与分配优化管理系统”研发。面向发动机的关键技术研发为三家发动机厂商各自独立承担的“发动机引冷气”研究，但普惠公司（RTX子公司）很可能未完成合同。
综合演示验证合同题目为“波音、洛马或诺格演示验证（包含发动机）”，但仅授给波音和洛马两家主机商。
技术差距评估合同题目为“面向先进概念项目的推进动力与热管理技术与子系统/架构差距识别”，分别授给波音、洛马、诺格三家主机商。
图1为该计划执行情况图，该图基于各个主合同签订信息制作，实际执行周期可能会有出入。
图1 NGT-PAC计划执行情况图（中国航空工业发展研究中心，本文作者制图）
（3）子合同
该计划共签订60多个子合同，涉及美国30多家公司或大学，其中包括了洛马、诺格、霍尼韦尔、通用电气、RTX（由其子公司普惠、汉胜承研）这五家主承研商，还有少量重要机电企业如派克/梅吉特公司、赛峰美国公司等，其余为一些小公司。从子合同研发内容看，主要是给主承研商提供配套系统组件或技术服务。
2、经费分配情况
截至2025年年初，该计划已签订合同金额为1.321亿美元，远低于上限的4.09亿美元。其中大部分经费分配给主承研商。
从经费占比看，波音公司获得约三分之一的经费，其次是霍尼韦尔（占比22.4%），通用电气、洛马和诺格排在后面，分别为17.8%、15.3%和9.9%。洛马和诺格作为主机商，所得份额远不及波音。此外，RTX（普惠）作为发动机方面的主承研商之一，只执行了初始订单（可行性和相关评估工作）。
表1 主承研合同经费分配情况
图2 NGT-PAC计划主承研商经费分配情况（中国航空工业发展研究中心，本文作者制图）
从合同的年度经费分布看，初始订单结束后，从2019年开始执行关键技术研发和综合演示验证，经费开始大幅增加，2020和2021是合同金额的高峰期，随后逐年减少。
2022年，AFRL发布了一个文件，用以说明该计划延期的理由。该文件称，由于疫情和俄乌冲突的影响，导致运营停工、人员限制以及来自供应商的运输和制造延迟，多个订单的执行都出现了延迟。例如，与这些任务订单相关硬件所需的物项（包括原材料和成品状态的金属、焊丝、阀门、泵以及用于制造更坚固塑料材料的聚合物等）需从俄罗斯和乌克兰进口，将面临7～12个月的延期。因此，该计划的订购期需延长两年，而交付期将延长四年，即原本计划7年完成现在延长为11年（2028年）。但从经费信息推断，实际延期可能比预期少。
图3 NGT-PAC计划经费年度分布情况（中国航空工业发展研究中心，本文作者制图）
子合同总经费仅2740万美元，且其中约一半以上在主承研商内部分配，留给其他公司的仅占总经费的约10%。
三、影响分析
1、对美空军下一代空中平台的影响
目前尚无公开文件明确证实该计划与美空军NGAD计划存在直接关联。然而，基于两者在技术目标与需求上的高度契合性，可推断其存在潜在的协同发展关系。
以下三条线索表明，该计划的研究成果极可能转化应用于NGAD计划：首先，该计划的综合演示验证计划原定由三家主承包商分别实施，但最终诺格未获得该合同，而诺格同时期退出NGAD计划，这也许并非只是巧合；其次，从美空军倡导的竞争机制分析，在诺格退出后，经费理应在波音与洛马之间均衡分配，而实际上波音获得总额的三分之一，超洛马两倍，这种异常分配模式，与近期NGAD主承包商花落波音的结果形成呼应；第三，据美空军官员近期披露，NGAD计划两架验证机试飞始于2019-2022年期间，该时间框架与波音和洛马公司分别开展的该计划综合演示验证的执行期高度重叠，这种时序上的同步性，进一步强化了两者存在技术转移可能性的推断。
从技术角度分析，该计划研究领域（如飞机电气化、高效能量分配和热能管理）与NGAD的需求（如高功率武器、先进传感器）高度契合。
除了颇受瞩目的NGAD计划，美空军还正在研究所谓“兆瓦战术飞机”，AFRL技术主管多次在不同场合提及这一概念，但公开信息并未见与之相关的招标与合同签订等行为。据推测，“兆瓦战术飞机”是一种类似“多电飞机”的概念平台，而非具体型号。AFRL航空航天系统局主任曾于2017年8月介绍称，“兆瓦战术飞机”计划的目标是对兆瓦级电力系统和热管理系统架构和组件进行演示验证，演示验证的时间定在2020－2022财年，而合同机制则是以NGT-PAC为核心开发并演示验证平台。
因此，该计划的研究是为下一代空中平台提供概念验证和技术准备的关键步骤，支撑其先进作战能力的形成。
2、对美国航空机电企业技术能力的影响
从经费分配情况看，该计划的大部分经费大部分分给了几家主机商和发动机厂商，且波音公司占了三分之一。只有约10%的经费分给了约30家美国机电技术相关企业，并且一些重要的机电企业（如穆格等）并未参与该计划。这与INVENT计划有明显的不同，如下图所示，INVENT计划由美国三大主机商（波音、洛马、诺格）、发动机商（通用电气、普惠、罗罗北美）和大量重要机电企业参与，据统计INVENT计划共投资1.5亿美元，侧重于子系统和部件的研发。而NGT-PAC计划则侧重于综合演示验证和技术评估，在子系统与部件方面的工作份额相对较少。因此，可以认为该计划对美国主机商的机电系统综合演示验证能力有较大助益，但对于机电企业贡献有限。
图4 INVENT计划参与方示意图
四、结束语
美国军用航空机电系统技术水平领先于其他国家，这得益于美空军在该领域的长期稳定的投资。在航空机电技术领域，美空军提出过多个技术概念，包括“多电飞机”、“能量优化飞机”及与该计划密切相关的“兆瓦战术飞机”等，并围绕这些概念进行技术投资，极大推动了美国航空机电技术的发展。该计划是AFRL投资的最新的综合演示验证计划，在电力、热管理和控制领域此前研究成果基础上，进一步开展先进技术开发与验证，为美国下一代军用飞机做好技术储备。
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孙友师先生此前已为《空天防务观察》提供7篇专栏文章，如下所列：
第1篇，美空军开展支持兆瓦级飞机的推进、动力与热管理综合技术研究，2017年1月16日；
第2篇，美空军着力“飞行器能量管理”技术发展，2017年6月19日；
第3篇，美空军启动“飞机电力与热建模与分析”计划，2017年8月23日；
第4篇，美空军启动“下一代热、电力与控制”计划，2017年12月11日；
第5篇，美空军研究实验室实施新的机载能量系统基础科研计划，2019年1月17日；
第6篇，美空军F-35A战斗机装备对地自动防撞系统，2019年10月16日；
第7篇，日本的野望？“令和零战”，日本防卫省不可让步的一个条件，2021年3月23日。
有兴趣的读者，可点击上列文章（链接），阅读原文。
（中国航空工业发展研究中心 孙友师）
