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日期: 2023-07-04 | 來源: 萬乘之尊 | 有7人參與評論 | 字體: 小 中 大
前言：航空發動機壹種需要在高溫高壓等惡劣條件下使用，具有極高的軍事價值、經濟價值和政治價值的機械，西方國家長期不遺余力的投資讓其壹度牢牢占據航空發動機的頂尖水平，並嚴禁向中國出口其關鍵技術，也是長期羈絆中國戰斗機發展的絆腳石，中國在最近贰拾年投入幾百上千億巨資，過程曲折心酸，如今終於見到了曙光，近日殲-20隱形戰斗機換上渦扇-15發動機首度成功試飛，這是殲-20戰斗機的壹大裡程碑，在解決最後壹塊拼圖後，中國之後的戰斗機發展將壹馬絕塵。
壹：強勁發動機對空戰的影響
發動機是飛機的心髒，有了先進的航空發動機才能夠獲得性能優越的戰斗機，贰戰時的“零式”，P-51戰斗機無不是憑借著壹台強勁的心髒成為戰場霸主，擁有更強勁動力的噴氣式發動機誕生後，安裝這種發動機的戰斗機在爬升率、加速性都遠遠超過安裝活塞式發動機的螺旋槳戰斗機，螺旋槳戰斗機要拾分鍾才能爬到的高度噴氣式戰斗機只要兩分鍾，噴氣式發動機推力越大在制空作戰中就越有優勢，早期噴氣式戰斗機安裝的是油耗很大的渦噴發動機，第壹代渦扇發動機雖然油耗低，但推重比也低,無法用於戰斗機。
第贰代渦扇發動機推重比達到5-6，與渦噴發動機差不多了，於是開始成為戰斗機發動機，以美國的F100、F110、F404，蘇聯的RD-33和AL-31F發動機為代表的第叁代渦扇發動機推重比達到了8.0，使得戰斗機的推重比從50年代的0.3~0.4，到60年代的0.7，再到80年代的1.0-1.3，更強大的推重比給戰斗機帶來更快的飛行速度、更高的升限、更優秀加速性能和空中機動性能，使戰斗機有跨代優勢，在空戰中有更大勝算，作為世界第壹種第伍代戰斗機，超機動性是F-22戰斗機4S標准之壹，F-22安裝的F119發動機單台加力推力比F-15戰斗機增加50%，達到156千牛(15.9噸)，在24.3噸的標准空戰重量時，推重比接近1.4。
F-35安裝的F135的性能和技術水准還高於F119，不過，考慮在單發重量低、結構效率高、氣動阻力小，雙發需要更寬的機身、更大的鈦合金隔框，更多的載油系數，加上美國人認為F-35只要雷達、航電、導彈、信息能力等方面領先同樣可以碾壓所有可以找得到的第肆代戰斗機，所以F-35戰斗機只安裝了壹台F-135型發動機，這台發動機推力達到了178千牛(18.2噸)，但F-35戰斗機空戰狀態下重量是18噸，這台推力空前巨大的戰斗機發動機只能使F-35戰斗機的推重比勉強達到1.01，還不如F-15，F/A-18戰斗機的1.3。
雖然安裝壹台大推力發動機的中型戰斗機比安裝兩台中推力發動機的中型戰斗機有減輕結構的優勢，但安裝兩台大推力發動機的重型戰斗機又比安裝1台大推力發動機的中型戰斗機有推重比優勢，推重比會影響到戰斗機的爬升率，而爬升率是戰斗機最為重要的飛行性能，空戰中爬升得越快就能越快占據有利的空戰位置，2018年，F-35與F-22戰斗機進行模擬空戰，F-35和F-22在同壹高度同時開始爬升占位，每壹秒F-22可比F-35爬升多100米，始終保持著高度優勢從容選擇攻擊時機，而F-35的位置幾乎完全處於劣勢，推重比也影響穩定盤旋能力，推重比較低的的F-35會在在盤旋中因能量損失大和補充能力不足而越來越不利。
在飛行速度上，F-35最大速度只有1.6倍音速，而且只有開加力才有幾分鍾的超音速飛行時間，正常巡航速度只能是高亞音速，而F-22最大速度達2倍音速，可以以1.45馬赫的巡航速度飛行半小時，假設要攔截580千米外的敵機，F-22從進入起飛跑道到抵達作戰空域只耗時25分鍾，以高亞音速飛行的F-35則要50分鍾，如果都按25分鍾抵達作戰空域為標准，F-35的防空覆蓋區只有F-22的肆分之壹，壹架F-22的控制空域，需要肆架F-35才行，在F-22和F-35的對抗中，F-22依靠速度和爬升率優勢，總處於更有利的占位，就算F-35占有數量優勢也會被F-22的絕對性能優勢抵消。
贰：中國航空發動機的麻煩
21世紀前，中國戰斗機都存在“近視眼”和“心髒病”兩種頑症，近視眼就是機載雷達，2000年以前中國的機載雷達性能非常低下，在近20年對電子工業的海量投資下，中國的機載雷達性能突飛猛進，完全壓倒了歐洲和俄羅斯，和美國也不相上。但作為“心髒病”的航空發動機，中國航空工業壹直只知其然不知其所以然，在21世紀之前，中國的航空發動機全是仿制和從國外購買的，殲-7用的是仿制的蘇聯R11發動機，殲-81I戰斗機用的是仿制的蘇聯R13發動機，“飛豹戰斗轟炸機使用是購買的英國“斯貝”發動機，仿制的渦扇-9發動機用了30年才能仿制成功，
自研的航空發動機壹直受技術工藝、加工精度、大修時距、數字控制系統等問題困擾，直到2002年渦噴-14“昆侖”渦噴發動機研制成功後，中國才掌握了航空發動機全部研制環節，“昆侖”發動機是中國第壹台完全自行設計、試制、試驗和試飛的發動機，可以說是中國航空動力的跨越和地基。這台發動機從1983年開始設計，選用了渦噴-13發動機的低壓壓氣機和“斯貝"發動機的高壓壓氣機，並參考渦扇-6以及渦噴-15發動機設計的燃燒室、高低壓渦輪和加力燃燒室，相繼攻克高低壓壓氣機的不匹配，渦輪葉片根部斷裂，高速喘振停車、管路滲漏油.空中滑油消耗量大、艙溫高、加力脈動、加力點火成功率低、切斷加力停車等拾幾項重大技術難關，最終在2002年定型。
紙面上，“昆侖”發動機推力大，油耗低，性能非常不錯，但是裝在殲-8F戰斗機上振動和空中停車猶如家常便飯，僅僅生產了100台就被部隊認定發動機根本不能用，把裝了“昆侖”發動機的戰斗機退回沈陽飛機制造廠，最終項目不了了之。殲-10戰斗機的發動機原計劃是仿制米格-23的R-29渦噴發動機，這種發動機推力11.3噸，缺點是重量高達1.8噸，油耗巨大，鑒於“昆侖”發動機問題太多，空軍並不看這個極度落後的渦噴-15發動機，為了給殲-10戰斗機配套渦扇發動機，1987年正式立項渦扇-10“太行"發動機。
“太行”發動機3+9+1+1的架構其實不錯的，總壓比、效率、喘震余度高於AL―31F，設計推力高達129.97千牛，推重比在7.5以上，核心機技術是八拾年代引進的CFM56發動機，CFM56發動機源自著名的F110系列發動機，但CFM56是民用發動機，高壓壓氣機的增壓比太高，流量又偏小，裕度很小，AL-31、F100和F404發動機增壓比在21~25之間，“太行”達到了32，結果造成燃燒室進口溫度比F100、AL-31發動機高了100多度。以現代航空發動機的技術而言，渦輪的耐溫提高10-20度已經非常困難，F110系列發動機花了拾幾年搞尶dゾб鍍漚餼鑫侍猓泄諞淮ゾб鍍哺悴懷觶緩貌捎酶叢擁睦淙春圖又丶雍竦畝ㄏ蚰探鶚粑新鄭賈路⒍睾臀新制燈燈屏遜繕⑴緦慵�
另壹個嚴重問題是分開設計的風扇和核心機無法配合，風扇在某些狀態下流速下後面的壓氣機就無法工作了，導致非常容易空中停車，還有工廠制造水平不匹配，擅自改動生產工藝，由於不斷拖沓，樣機從87年到98年還沒有經過任何機載測試，殲-10只安裝了飛了壹次就拆下來送回工廠，所以成飛只有暫時用俄制AL-31FN發動機給殲-10戰斗機配套，AL-31發動機推力比F100-PW-100發動機大1.7噸，而且有現貨，只是需要向俄方研發費用將附件機匣從本體上方移動到下方,拆掉內外涵流道的分流隔板以安裝殲-10上，改型後重量減輕23千克，長度少40毫米，其他不變。
叁：渦扇10發動機
安裝AL-31FN發動機試飛成為後，中國花了2億美元購買了54台AL31FN發動機開始批量生產，但交付部隊後墜毀了幾架，多數問題是AL-31F發動機過度追求減重，發動機潤滑要求偏低，軸承加工工藝又差，封嚴技術7落後，最終導致抱軸停車墜機，而俄羅斯的都是雙發戰斗機，單發停車也不會墜機，所以中國多次提出讓俄羅斯解決潤滑問題，俄羅斯都不答應。但中國也沒辦法，成飛兩條生產線壹年共可下線40架殲10，首批54台AL－31FN於2002年交貨後裝備了40架殲10A後，第贰期又引進了100台，全部應用於殲10。
而殲11的生產和SU27升級的AL－31發動機還要另行采購，預計要花12－14億美元引進多達200~400台，原本高層計劃仿制這種發動機，但航空工業17位院士聯名反對，認為會毀滅國內航空發動機研發，因此沒有引進AL－31F發動機的生產技術，但“太行”發動機試車中經常生產壓氣機肆級盤破裂，不明“怪響”，滑油管裂縫，“突停”，，幾乎各個測試環節都有問題，2003年就“先後發生200多項各種技術問題和故障，5次試飛中3次出現“特情”。
2004年定型考核試飛也發生左發“突停”，幸虧試飛員使飛機單發著陸，考核”以失敗告終，種種問題暴露出606所和黎明廠質量管理和人員工作作風的問題，國家甚至下達了“不換思想就換人”、考核不過就下馬的命令，同時中國與俄羅斯簽定250台AL－31FN的引進協議，總金額價值11億美元，並緊鑼密鼓的洽談引進AL－31技術，面對壓力，606所召開誓師簽字大會，終於2005年11月通過最後的檢測關，2006年殲11剛剛量產，年產17架，這個批戰機要40－45台發動機，早期采用的是AL3IF發動機，後續生產的則采用了“太行”發動機。
采用這些發動機的殲11B戰斗機叁年間爆發了了2萬多個不同類型的問題和故障，是"昆侖"的故障好幾倍，裝備“太行”發動機的殲-11戰斗機甚至還上不了青藏高原，空海軍堅決要求整頓發動機工業，徹底解決“太行“問題，606研究所成立了叁個團隊，分別進行研究攻關，A組主要工作是修正發動機主要問題，排除了制造工藝以及結構問題，B組主要工作是設計單晶渦輪葉片，實現發動機的可靠性和將推力增加到137千牛，C組主要工作是重新設計的風扇、高低壓渦輪，燃燒室，加力燃燒室以及尾噴管，提高的可靠性，壽命，維護性能和將最大推力增加到145千牛。
經過10年左右的奮斗，“太行”B發動機正式定型,基本穩定了質量，可靠性基本和AL-31發動機持平，新生產的“太行”B發動機最大推力達到13.5噸，比AL--31F提高0.5噸，推重比達到8，與俄羅斯的117S相當，殲-11B換裝後空戰推重比達到1.2，使用壽命達到2000小時，比AL-31FN高出壹倍，接近F100-PW-220發動機，全權限數字電子控制系統可以從傳感器中獲取數據，可改變噴口面積、監控發動機狀態、診斷故障，對飛機性能提升帶來本質性的改變,是中國在航空發動機的原材料、加工、設計等領域的重大技術突破，2016年後新出廠的戰斗機全部裝備了“太行”發動機。
肆：渦扇15發動機
殲-20戰斗機也是基於高空高速思路發展的制空戰斗機，2000年開始策劃殲-20戰斗機時技術指標都對標F-22戰斗機，只是空軍和航空部門對當時的技術都比較悲觀，所以隱身指標初步設定在0.4平方米，作戰半徑指標設定在1500千米，超音速巡航指標設定在1.4馬赫，殲-20戰斗機在2007年正式立項時，配套的渦扇-15也同時立項了，要求是涵道比0.3以下，渦輪前溫度2000度，推力15.5噸，推比為10，但這僅僅是立項，真實的渦扇-15連影子都沒有，殲-20開始試飛的前後，黎明公司已經生產了266台“太行"A，工作壽命等尚不及AL-3IF發動機，為了確保安全，試飛的殲-20采成熟的AL·-31發動機。
雖然AL-31很落後了，但殲-20采用了大量新材料，新技術和新工藝，空重只有15噸，氣動布局設計優秀，升阻比在5~6之間，優於F-22，使用AL-31發動機也可以進行1.5馬赫巡航，不過AL-31發動機不是以長時間超音速巡航設計的，最大推力時間限制在5分鍾內，長時間最大推力非常傷發動機，每超時每壹分鍾渦輪檢修間隔就要縮短3-5小時，從2016年開始，殲-20殲-20終於慢慢換裝“太行”B發動機，最明顯的改變就是發動機尾部噴管成鋸齒化狀，“太行”B發動機自重1700千克，和AL-31系列類似，和AL-31可互換安裝，因此換裝無需做多少調整，
改進的“太行”B發動機最大加力推力是14.2噸，只要2.5噸推力就可以讓殲-20以1馬赫巡航，殲-20標准空戰重量是20.3噸，最大加力推力時推重比接近F-22，不加力最大推力為8噸，比F119少2噸，所以殲20的氣動設計幾乎達到完美，但機動性很難超越帶贰維矢量噴嘴的F-22，不過“太行”B發動機只是渦扇-15發動機壹時半會上不來的替代品，中國空軍苦苦等待的渦扇15核心機已在2005年完成研制，這台核心機源自雅克-141的R-79B-300發動機，中在1996年從俄羅斯引進了設計圖紙和技術資料並進行了拾年研究，突破了120余項關鍵技術，在2011年交付驗證機，2015年開始進行高空台實驗。
渦扇15發動機由10個單元體組成，設計和F119很相似，采用了較高的渦輪進口溫度、中等總增壓比和比較低的涵道比，應用有損傷容限和高效率的寬弦葉片，叁維粘性葉輪機，整體葉盤風扇和壓氣機、單晶氣冷渦輪葉片、粉末冶金渦輪盤，復合材料外涵機匣、整體加力燃燒室，陶瓷噴管調節片、叁元矢量噴管和雙余度全權數字電子控制系統，第壹款型號推力是16噸，涵道比是0.3，裝備渦扇15發動機的殲-20超音速巡航速度能達到1.7~1.8馬赫，爬升加速更可觀，空戰中面對F22時就像前文所說的F22面對F-35壹樣了，當推重比在10以上，最大推力在18噸以上、配備矢量噴管的渦扇15發動機裝備後，將會補齊殲-20最後壹塊短板，徹底發揮出殲-20的所有性能時，F22就成了昨日黃花了。
伍：結語
中國航空發動機這贰拾來年經歷了無數困難和艱辛，僅僅在20年裡投入多達3000億人民幣研發資金，不舍的努力終於收到了豐碩的成果，和美俄有了壹較高下的能力，現在多款先進渦扇發動機項目正在齊頭並進，未來還會投入3000億人民幣，在5到10年時間裡超越美國，美國當年也是仿制英國噴氣發動機起家，也經歷過F100-PW-100發動機的慘痛麻煩，美國可以超越英國，中國當然也可以超越美國，科技永無止境，沒人可以永遠領先的。- 新聞來源於其它媒體，內容不代表本站立場！
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