前段时间有个消息,关于航空发动机的,中国的中推有了新进展。在去年12月举行的第十届中国航空推进技术论坛上,中国航发贵阳所的专家放出消息:新一代中等推力航空发动机、工程验证机涡扇-X9,因为用了数字化技术进行研发,需求满足率已超过90%,试制周期缩短了25%,总体进展有望提前。
不用怀疑,这个新中推就是为四代隐身舰载机歼35配置的涡扇19。中国现有的两款四代机歼20和歼35都在等待目标发动机,前者是涡扇15,后者是涡扇19。搞不好海军舰载机有可能比空军更早地达到完全体状态。那么这个新中推性能怎么样?中国航空发动机现状如何?这次就来简单聊聊吧。
航空发动机,或者说涡喷发动机,你可以简单理解成这就是一个烧油的电吹风。如果用废气驱动涡轮,再用一根传动轴带动前面的风扇,这就成了涡扇发动机。空气在内部形成了两个通道,外涵道流量比上内涵道流量就是涵道比。民航客机、运输机这样的大飞机都用大涵道涡扇,推力大,省油,但阻力也大;而追求速度的战斗机用的是小涵道涡扇。
简单来说就是一个粗一个细,风阻越大、速度越慢,但也越省油。而且只要核心机加上其他动力输出部分,就能发展出不一样的发动机:涡轴、涡桨、燃气轮机。
大家平时关注最多的也就是战斗机用发动机吧,而有一点必须知道:目前世界上能独立研制,三代及以上大推力涡扇发动机的国家只有中美俄。美国F-15、F-16装备的F-100、F110系列;俄罗斯苏27的AL-31系列,以及中国涡扇10系列。
除了大推力涡扇,中推力涡扇也是另一个重要门类。一般来说:双发重型战机装两台大推力涡扇:像歼20、歼16;中型战机装一台大推:歼10、F16;或者装两台中推力涡扇:台风、阵风、F-18、米格29;而轻型战机装一台中推力涡扇:幻影2000、枭龙、鹰狮。
除了推力大小,大推和中推有啥不一样的区别呢?不用解释,直接看图吧!所以都是双发,气动设计也相似,为什么当年中国坚决不要米格29,只要苏27?这压根不是一个量级啊!这点,拿重型机和轻型机对比更加能说明问题。
事实上,能设计出一款怎样的战斗机,很大程度上就取决于发动机:发动机能推动多大的平台,设计师才能这样的平台上,去精雕细琢出气动布局。飞高空高速就用小展弦比加三角翼,要亚音速格斗就用中展弦比,固定边条还是可动边条,鸭翼、尾翼还是三翼面,近距耦合还是远距耦合,就看各自的需求了。如果高速和低速我全都要,那就试试可变后掠翼。其他雷达、航电、导弹,你平台能背多少就装多少。
这方面,“乳法”更能说明问题。法国长期缺乏大推力涡扇发动机,首款三代机幻影2000用的M-53中推,是一种推重比只有可怜的6.4的单轴低推比发动机,是所有三代机动力中最差的一种,没有之一。发动机不行,飞机就造不大,也就装不了大雷达,美国的F-15装两台F110大推,力大飞砖,配一个硕大的机头加上无敌的雷达,把米格按在地上摩擦了30年,苏27的雷达也能做到重量接近1吨。
而法国从幻影3、幻影F1到幻影2000、阵风,雷达直径只能做500mm以下。70年代,法国和美国联合成立了著名的CFM公司,拿出了一代民航神器CFM-56系列。法国也借合作之名,偷师到了GE9核心神器,在此基础上拿出了阵风的M88-2发动机,总算达到了三代半中推的水平,算是现在中推里面不错的水平。但即使如此,装两台M88中推的阵风,在推重比上也比不过只装一台“太行”大推的歼10C,在至关重要的雷达直径和探测距离上也不如后者。
搞明白了上面这些基础信息,我们再来看这次新爆出的涡扇19:这是一款为四代中型舰载机配套的四代中推力涡扇。
和飞机一样,发动机也分三代和四代,上面说的F-100、F110、AL-31、太行属于第三代大推力涡扇,而中美俄给四代机标配的涡扇15、F119、F-135、产品30属于四代机大推力涡扇,门槛是推重比超过10、推力16吨以上。额!顺便说一下,F-35的F-135发动机最新增推数据已达到了22吨,第三阶段增推目标是30吨,在发动机方面美帝真的掌握核心科技。
在中推方面,大黄蜂和鹰狮装备的F404、阵风的M88-2、米格29的RD-33和枭龙的RD-93、和歼35现阶段的涡扇13,属于第三代中推力涡扇,推力6—8吨之间;紧随其后的第四代中推,有台风的EJ-200、超级大黄蜂的F414和歼35的目标发动机——涡扇19。门槛是双10标准:推重比10、推力10吨。
而值得注意的是:随着材料技术的进步,中推力发动机性能获得很大提高。装两台高性能中推的中型机,在最大起飞重量上已经接近重型机的水平啦,超级大黄蜂最大起飞重量29.9吨。再加上雷达、航电、导弹的进步,中型机可完全用更小的体型达到原来重型机的作战性能,这点在寸土寸金的航母甲板上至关重要,这就是为什么舰载机都向中型机发展的原因。
而相比关注度一直很高的两个大推型号:涡扇10“太行”和涡扇15“峨眉”,中推的关注就少很多,甚至还不如运20的“大酒桶”。但是在迈向航空强国的道路上,每一种型号的发动机都非常重要。
目前中国的先进中推,主要有涡扇13和涡扇19两个型号。涡扇13是俄罗斯RD-93的仿制型,2007年成飞在向巴基斯坦交付装备RD-93发动机的枭龙时,遭到了印度阻挠。经过协商,三方想出了一个折中办法:中国先从俄罗斯把RD-93买回来,然后再出口给巴基斯坦。但这件事也让我们认识到:中推发动机自主研制的必然性,大推和中推,两手都要抓,两手都要硬,这就有了涡扇13“泰山”。
涡扇13最大推力8.8吨,推重比7.8,大修间隔810小时,总寿命2200小时,主要性能都远超于米格29的原版RD-33。而涡扇13最新改进型涡扇13E,最大推力9.5吨,推重比8.6,不仅是FC-31最初的动力配置,也会是歼35第一阶段发动机,甚至海军的歼35有可能比空军的歼20更早拿到目标发动机。
而根据此前珠海航展上,航空工业官方发布的信息:FC-31目前最大起飞重量28吨,作战半径1250公里。要进化成歼35,机翼放大、增强结构强度、强化前起落架、加尾钩,一番操作下来肯定要达到30吨级的水平,顶着中型机的名头的重型机。装两台涡扇19,总推力20吨往上,在最大起飞重量差不多的情况下,推重比还可以超过F-35C,再加上更优化的超音速飞行能力,上福建舰,很长一段时间应该是够用了。
从上面也能看出:航空发动机是个门类众多的巨系统工程。重型机的大推力涡扇、中型战机的中推涡扇、民航大飞机和运输机的大涵道涡扇、直升机的涡轴、中型飞机的涡桨。要解决中国飞机的心脏病,不仅要攻克其中的一种,而是要打通所有门类。幸运的是:以上这些我们都有了。涡扇10、涡扇13、涡扇15、涡扇20、长江1000;将来还有新中运和空警600的涡桨、300吨级大运和轰20的的大涡扇。航空发动机方面,中国已经迈入世界第二梯队,这就像一个金字塔,等级越高玩家越少。
从当年的遥不可及到今天的望其项背,未来中国航空工业能不能够实现超越,还得靠年轻一代了,从更大的范围看,发动机,包括整个航空工业,也是要在更大的社会、经济、科技的系统中运行,同时也是这个大系统的结果,不可能独自推进。所以,这些看起来高大上的事业,屏幕前的诸位,其实也有份,请不要小看自己,垒起这座金字塔,也有你的功劳。
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