2021年4月,运-20的研制试验工作传来了一则好消息——外媒报道称,一架换装了新型高涵道比涡扇发动机的运-20在中国飞行试验研究院首次现身。这表明在运-20第一阶段量产型运输机实现量产并列装空军部队之后,采用新型高涵道比涡扇发动机的运-20(或称为运-20B)已经进入了紧锣密鼓的试验阶段。
这一方面是因为国产高涵道比涡扇发动机——涡扇-20发动机正在逐步解决技术问题,从研制、试验走向定型。另一方面,这也表明运-20的总体平台在几年的装备应用中正在迅速走向成熟,具备了向更大批量、规模批生产的条件。因此,我们可以从发动机更迭的角度来细数运-20动力系统的变迁。
最初,运-20使用的是俄罗斯D-30KP2发动机,但生产瓶颈很快出现了。尽管中国已经引进了D-30KP2的生产线,但在发动机叶片、涂层等方面的技术问题使得发动机的质量难以保证。此外,发动机的供应也受到俄罗斯方面的限制。这些问题导致了运-20的生产受到了制约,生产速度缓慢,难以满足空军的需求。
然而,随着涡扇-20发动机的研发和试验,运-20的生产瓶颈得到了缓解。涡扇-20是一款国产的高涵道比涡扇发动机,其技术水平和性能指标已经达到了国际先进水平。通过多年的技术攻关和试验验证,涡扇-20已经逐渐走向定型,并且开始批量生产。
随着涡扇-20的批量生产,运-20的生产瓶颈得到了有效缓解。同时,运-20的总体平台在几年的装备应用中也表现出了很高的成熟度和可靠性,这为更大批量、规模批生产的实施提供了有力支撑。因此,我们可以看到,随着发动机的更迭和批量化生产的发展,运-20正逐步实现向更加先进和独立的运输机的蜕变。
2020年2月13日,国产运-20首次参加非战争军事行动,向武汉空运医疗人员和物资。仅仅四天后,包括国产运-20在内的三型八架运输机再次紧急驰援武汉,展现了其强大的运输能力。这一行动极大地鼓舞了全国人民抗击疫情的信心。这些运输机在短时间内执行高强度输送任务,也表明运-20的装备数量和战备能力已达到历史新高。因此,扩大运-20的生产和装备数量将成为未来几年航空工业部门的重要工作。
运-20的生产能力受到发动机的限制,目前采用的D-30KP2发动机是引进自俄罗斯的。D-30KP2是一种小涵道比涡轮风扇发动机,具有推力大、耗油率较低、性能可靠等特点。中国空军装备的伊尔-76运输机和轰-6K型轰炸机也使用这种发动机。据外媒报道,中国在过去十年间向俄罗斯订购了463部D-30KP2涡扇发动机,但只能够供40架运-20使用。
目前,西安飞机工业公司的运-20生产线正在全力运转,在2020年新冠疫情下也能够按时复工并完成新年第一架运-20组装出厂。在完全产能条件下,运-20每年生产能力可达到10架。然而,D-30KP2供应的速度和数量难以满足运-20的生产和装备需求,可能导致生产完成的运-20不得不停在工厂里等待发动机,限制了运-20的正常生产装备和空军战略运输力量的提升。因此,我们需要更多数量的发动机来继续生产运-20。
运-20发动机的未来是涡扇-20。这是一个替代D-30KP2发动机的方案,旨在确保新机型能够在计划的研制生产节点内顺利生产定型。务实的中国航空工业设计师们设计了两个方案,第一个是涡扇-20,另一个则是备选方案,即D-30KP2的国产型号涡扇-18发动机。涡扇-18是在仿制测绘D-30KP2发动机的基础上,结合部分已掌握的先进技术研制的国产化型号,由成都航空发动机公司研发制造。
与原版D-30KP2相比,涡扇-18的单机重量仅在2000千克左右,比D-30整机轻300千克,推力达到13.2吨,提高了0.7吨,油耗也下降了近两成。同时,整机推重比由4.75提高到5.01。未来,如果运-20换装涡扇-18发动机,根据飞机起飞重量等于发动机推力乘推重比的关系简单换算一下,其最大起飞重量还有很大提升的余地,预计将超过200吨。如果涡扇-20的进度达到预期,那么涡扇-18项目也有其积极意义,因为涡扇-18可以用于替代现役轰-6轰炸机机队使用的进口俄制D-30KP2发动机,保证新轰-6轰炸机的批生产和老轰-6轰炸机的换发需求。
目前从俄罗斯国防出口公司的公开资料来看,中国没有继续向俄罗斯进口D-30KP2发动机的打算。至于涡扇-18发动机,早在2014年12月6日,外媒发布的图片就显示某型国产发动机在伊尔-76验证机平台上首飞成功,应该就是指涡扇-18发动机。此后,涡扇-18发动机一直在验证机平台上进行飞行验证,各项指标已经趋于成熟。
然而,涡扇-18发动机毕竟是以一款总体技术水平有限的的老型号的低涵道比涡扇发动机为蓝本研发制造的,这限制了它性能的继续提升。为了满足中国空军对新型发动机的需求,中国航空发动机集团公司正在研制一款性能更加先进的高涵道比涡扇发动机涡扇-20。涡扇-20是以涡扇-10“太行”发动机的核心机为基础发展而来的高涵道比无加力后燃室的新型发动机,与F101军用发动机核心机发展而来的大名鼎的CFM-56发动机处于统一技术水平,其综合性能明显优于D-30KP-2发动机。目前尚未有权威的性能参数资料公开,但我们可以拿与其有一定技术渊源的CFM56发动机的一些性能指标对其进行一定的推测。
CFM56发动机是由美国GE公司和法国斯奈克玛公司于上世纪60年代后期合作研制的。该系列发动机的推力范围为89~148千牛,风扇直径最大为1.836米,涵道比为5.1-6.6。截至2011年6月,各型CFM56共交付22208台,是民用涡扇发动机中交付量最多的发动机。该发动机广泛应用于波音空中客车公司的各种大型军民用飞机,如美国KC-135加油机等大型军用飞机都使用它作为动力装置。
CFM56发动机设计成熟,性能可靠。如果涡扇-20的技术水平与CFM-56中推力较大、技术较新的版本相当,那么涡扇-20将具备较好的技战术性能,使得运-20能够完全达到完整的设计指标。根据外媒的推测,涡扇-20的最大起飞推力可以达到15吨左右,这个指标接近美国C-17运输机所用发动机的17吨。由于采用了全新的高性能核心机,同时涵道比有显著增加,综合油耗也有了明显降低。这对于运-20而言,不但能够延长其航程,对于由运-20平台改装的加油机、预警机等特种飞机而言,也将显著提升其核心性能指标。
从技术角度来看,涡扇-20项目的成功基于近年来性能显著进步和可靠性明显提升的涡扇-10B“太行”改进型发动机,其为涡扇-20提供了坚实的基础和技术支撑。涡扇-20在运-20上的最新装机亮相证明了这一判断的正确性。经过原型机整机地面试验、长久试车、高空台试验等多个阶段,涡扇-20已经进入了原型机定型前的最后阶段。如果飞行试验平台上的试飞一切顺利的话,下一步涡扇-20将安装在批生产型的运-20运输机上,进入小规模低速试生产阶段,并等待进一步的定型和全面批生产。由此看来,涡扇-20的研制已经接近尾声。
根据公开资料和研制进度计划,涡扇-20有望在2025年前后进入大规模制造和装机。届时,第二阶段运-20B将进入生产的高峰期,中国空军的运-20、运油-20等机队将全面开始换装涡扇-20。这将显著提升中国空军的战略作战能力
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