换上“中国心”——歼20战机大规模量产的关键

一杯红尘醉 2023-05-25 18:25:59

2021年1月5日,《空军在线》发布了一段宣传视频,展示了中国空军最新的歼-20战斗机。该视频中,一架歼-20战斗机安装了新型锯齿裙边发动机腾空而起。观众们注意到,这部新型发动机与2018年珠海航展上歼-10B矢量推力验证机上的那部矢量推力发动机在尾喷管结构和外形上非常相似,这意味着歼-20已经安装了矢量推力版本的“太行”发动机。这是中国战斗机的一个重要里程碑,标志着该国在研发和制造先进战斗机方面取得了重大进展。

据报道,歼-20战斗机使用的最初版本是俄罗斯制造的AL-31F发动机。然而,歼-10B矢量推力验证机所采用的矢量推力发动机实际上是在国产“太行”涡扇-10A的基础上研发推出的。

涡扇-10经历了多年的研发,先后推出了基本型号涡扇-10和实际装机型号涡扇-10A。涡扇-10A在装备了国产重型双发战斗机歼-11B后,暴露出许多问题,如一级叶片断裂和发动机机匣受伤等。因此,在后续的生产和研发中,涡扇-10B陆续进行了改进,推出了“高可靠性”的改进型涡扇-10B。

早期的涡扇-10发动机在2006年《中国航空报》报道的长时间试车试验中,连续试车41天,每天开车10多个小时。据推测,涡扇-10早期型号的寿命大约为500到800小时。然而,经过改进后,据报道,“太行”发动机的热端部件寿命最长可达到3000小时,整机使用寿命比之前增加了一倍。根据中央电视台对沈阳606所和黎明公司的采访报道,专家表示,从“太行”到涡扇-10B的转变标志着“太行”完成了从能够装机使用到“可用”的重大飞跃。甚至有报道称,“太行”涡扇-10B在可靠性上已经逐渐超过了俄制AL-31F发动机,受到使用单位的好评。

必须指出的是,涡扇-10B的推力数据与涡扇-10A相同,均达到了“太行”发动机的设计指标,即12.5吨。然而,涡扇-10B并未进一步提升推力,未来的涡扇-10B改进型号将陆续实现进一步提升。

涡扇-10的矢量推力版本实际上是在涡扇-10B的基础上研发而来的。有许多猜测认为矢推版“太行”推力达到了13.5甚至14吨,但目前而言这种说法还为时过早,可能存在夸大的成分。

涡扇-10B矢推版发动机最大的技术特点是采用了隐身的矢量推力喷管。矢量推力有助于进一步提升歼-20的超机动能力,特别是在近距格斗中,有利于充分发挥歼-20机动性强的气动布局优势。

隐身锯齿裙边型喷管的技术原理与歼-20机身、机翼以及内置弹舱开口的锯齿或平行线外形设计相似,最终目标是使反射的雷达波能量尽量集中反射向敌机较少出现的方向。具体而言,当雷达以小角度照射到机身和喷管时,一部分能量会沿表面爬行产生“表面波”。

将喷管后缘改成锯齿状可以让后缘散射往斜方向发展,降低前半球回波,使得雷达波向非重要方向散射。因此,通过对喷管进行锯齿修形,可以最大限度地减少发动机正后方的雷达波反射信号特征,使得敌机和雷达制导导弹更难以被搜索和跟踪。这也意味着可以最大程度地压缩后向散射(RCS)。

除此之外,锯齿形裙边喷管还有利于雷达信号隐身,可以增强外界气流与发动机喷流的掺混,降低喷流的核心温度,从而在一定程度上降低喷流的红外辐射强度。此外,发动机的高温部件具有连续的光谱辐射,而尾喷流的光谱辐射具有选择性,即在燃气辐射的某一波段有一定的辐射量,在其他波段有很少或没有辐射。采用锯齿形裙边隐身修形可以在一定程度上改变微喷流的辐射光谱,使得敌军红外传感器能够探测捕捉到的波段辐射更少,从而实现对抗敌军红外探测装置的红外隐身目的。据F-35战斗机的相关资料显示,经过计算可知其红外辐射强度降低最大的角度为30°左右,降低幅度接近10%。

锯齿裙边喷管是一种综合隐身措施,可有效抑制歼-20的后向雷达和红外辐射特征,并增强其全向隐身能力。与轴对称推力矢量喷管相比,锯齿裙边喷管具有结构更轻的优势,并且前提是采用新材料和新工艺。最近,中国公开了耐高温的碳化硅制造工艺,这种材料很可能会被应用在歼-20新型发动机的新型矢量喷管上。目前,关于“太行”矢量推力版本的具体名称,官方尚未公布。有俄罗斯军工媒体称其为涡扇-10B3型发动机,而有的国内报道则将其称作涡扇-10C。然而,从歼-10B适量推力技术验证机到歼-20量产机型的技术改进措施,以及歼-10B和歼-20作为后机身结构完全不同、差异较大的两种飞机,其发动机和矢量喷管安装条件和情况的不同,都可能导致发动机外形结构有所不同。

未来歼-20战斗机将采用“太行”涡扇-10B矢量推力版本和“峨眉”涡扇-15发动机作为主要装备。“太行”发动机已经基本解决了可用性和可靠性问题,下一步将通过改进组件和使用新材料、新工艺来挖掘核心机的潜力,提升核心机的工作性能。预计涡扇-10D等新改型的推力将提升至13.514吨。

目前,为了满足歼-20战斗机的需求,研制团队采用了两条腿走路的策略。一方面,他们继续研发涡扇-15“峨眉”发动机,作为歼-20的目标发动机和第二阶段完成版本。该发动机的设计推重比为10,最大加力推力超过15吨,旨在对标美国F-22所用的F119发动机。然而,由于涡扇-15研制难度太大,在目前短期内,中国的航空发动机技术积累尚难以取得全面突破,涡扇-15“目标发动机”的研制完成尚需时日。因此,为了保证歼-20第一阶段形成战斗力,研制团队把注意力集中在涡扇-10B矢量推力版本上。该版本已经基本能够满足歼-20目前阶段的需求,实现了很大一部分的技战术指标。未来几年内,随着涡扇-10D等深度改进增推型号的出现,单台发动机最大推力将提升至14至15吨,这将使得歼-20的性能得到更充分的发挥。

近年来,有关俄罗斯涡扇-15发动机的研制进度一直是外界关注的焦点。然而,官方公布的消息非常有限,这也让外界对这款发动机的研发状况产生了一些疑虑。俄罗斯战略与技术分析中心副主任康斯坦丁马基延科表示:“任何航空发动机都是机械制造业中技术最先进的产品,能够制造军用发动机的国家数量远远少于能够制造核武器的国家数量,虽然邻国制造出了涡扇-10发动机,并且还在研发涡扇-15发动机,但是现在谈论超越俄罗斯发动机还为时尚早。”

一款发动机从研发到量产,至少需要10年时间,这是任何国家都无法回避的问题。目前,涡扇-15发动机还处于研发阶段,其短期内无法量产。康斯坦丁马基延科认为俄罗斯的“产品30”发动机研发进度快于涡扇-15,这款发动机已经在苏-57战斗机上进行了测试,未来也有可能装备在歼-20战斗机上,这取决于涡扇-15的研发是否顺利。

也就是说,待到2030年前后涡扇-15逐步成熟,歼-20才能完成华丽转身,实现其全部的技战术设计指标。届时,歼-20将拥有更加先进的发动机技术,从而实现更高的飞行速度、更远的航程以及更强的战斗力。

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评论列表
  • sxh 2
    2023-05-25 22:46

    按着说我们的发动机和美国存在两三代的差距,

一杯红尘醉

简介:陶渊明,无题!采菊东篱下,悠然见南山