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歼20换国产太行发动机推重比下降 飞行性能会降低
www.wforum.com | 2017-09-07 19:20:05  世界军事网 | 0条评论 | 查看/发表评论

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  最近,歼-20战斗机换装新型发动机的照片在网上曝光。从尾喷口特征可以明显看出,这是和国产歼-11B战斗机所用同一系列的涡扇-10发动机。这也验证了去年珠海航展上笔者获得的信息,即为了确保歼-20战斗机的后续生产,将可能使用涡扇-10改发动机作为歼-20的过渡动力。

  其实歼-20的发动机,没有那么多可以争议的内容。网上有些人拿着一些自以为是的数据在那里试图证实自己想象中的结论,比如从珠海航展上的拉起动作要推论歼-20已经装上涡扇-15等等……

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  从图中看,发动机和飞机的结合程度还不高,显然这还只是比较初期的试验状态

  今日将登太行雪满山 来日直挂云帆济沧海

  其实,中国航空发动机里面,涡轴-9虽然很少被媒体关注,却是国内完全自行开发的成功发动机的优秀代表,完全应该多“吹捧”一下它

  而另一方面,国内文宣单位在新式武器装备宣传口径上,又往往喜欢玩弄一些春秋笔法,这就引起了更多网上的传闻。目前和歼-20有关的国产发动机其实有好几款,国内翻新的AL-31F——作为验证机动力、涡扇-10某型——目前传出照片的试验机动力,以及尚未定型的涡扇-10增推——作为未来歼-20过渡动力,再加上涡扇-15——歼-20的目标发动机,共4型。而这些发动机,多少都跟沈阳黎明航空发动机公司有关系,说他们研制歼-20的国产发动机,自然毫无问题。

  那么歼-20用上了涡扇-10,对它未来的发展有何影响呢?

  回顾历史,技术跨度较大的战斗机在研制过程中往往会有多种发动机可供选择的问题,在新飞机研制上是强调降低技术风险,还是追求高性能,往往是一对矛盾。

  在这个问题上,我们看看美国第三代战斗机中代表型号F-15和F-14服役初期的发动机选择套路,可以看出一些门道。

  AL-31F series 42,这是方案概念阶段展示的模型,还带推力矢量,不过因为要损失一定的推力,中国空军和俄军都没有选用带矢量的方案

  美国F-15战斗机服役之初,就是用成熟度不够理想的F100-pw-100发动机开始试飞和初期服役的,并因此成就了这种战斗机“机库女王”的名号。

  稍后开展的F-16战斗机研制中,初期使用的发动机也是F100-PW-200,实际上它和PW-100相比,并没有多大改进。因此在F-16C/D研制开始的时候,美国空军已经要求这种飞机要具有通用发动机设计,可以在通用电气F110发动机和普惠F100之间选择发动机。

  至于真正F100达到“能用”阶段,其实是要到1986年F100-PW-220发动机出现以后了。

  而这段时间期间,美国海军在自己的舰载主力战斗机F-14A研制中,就选择了更保守的方案,不使用与F100同期开发的F401发动机,而选用了保守传统的TF30发动机。

  这段故事在昨天《现代兵器》杂志编辑黄国志先生的文章里也有提到,当然,黄先生是想要表达的重点是F-14A战斗机在更换F110发动机,也就是F-14B之后性能更加强大。

  论性能,上世纪70年代的F-15A那是“天下无敌”,但F100发动机的高故障率导致其出勤率一直难以提高,被称为“机库女王”

  伊朗采购F-14A,和该机妥善率更好不无关系,这部分得益于该机发动机选择的“保守”

  但在笔者看来,F-14A选择TF30,对于这种战斗机来说不是坏事,这个选择确保了美国海军在80年代初冷战最高峰的时候,拥有比美国空军高得多的三代机妥善率,而这对于战斗机数量远少于美国空军的美国海军舰载战斗机部队来说,是至关重要的。

  而且,大家也都知道,伊朗是在1974年选中F-14A战斗机,而没有选择动力更强劲的F-15。当然,大家也都看过网上关于格鲁曼公司精心安排F-14战斗机在F-15飞行表演的时候偷偷加大油门,把燃油几乎耗尽,从而在空中取得最佳机动性,赢得当过飞行员的伊朗国王青睐的故事。

  但事实恐怕并不是这么简单。伊朗空军在70年代作为抗苏前沿,面对苏联米格-25战斗机的威胁,需要的正是一种具备强大拦截性能的战斗机,F-14A战斗机所配备的射程100公里,可以“发射后不管”的“不死鸟”空空导弹在当时看起来远比F-15上的半主动“麻雀”导弹给力的多。

  另一方面,F-14A保守的发动机选择让它在当时的时间段拥有更好的出动率和保障条件也是非常重要的,伊朗空军1975年订购的80架F-14A和714发“不死鸟”导弹,再加上够用10年的发动机和其他备件。

  在残酷的两伊战争中,这些战斗机击落了58架米格-23、33架幻影F1、23架米格-21、23架苏-20/22、9架米格-25、5架图-22、2架米格-27、1架米-24直升机、1架“超黄蜂”、1架幻影5、1架轰-6……自身仅付出12-16架的损失,其中空战中被击落的数量极少。

  尽管发动机不给力,但F-14A在两伊战争中,依靠领先对手一代以上的火控雷达、远程导弹和优秀的机动性能,把空战达成了单方面“屠杀”

  在用现有俄制发动机的前提下,歼-20也具备超音速机动性能和跨音速巡航能力,再加上隐身性能和射程比对手翻一倍以上的霹雳-15导弹,在现代空战中稳执牛耳毫无问题

  这令人咋舌的辉煌战绩背后,F-14在伊朗空军中几乎就是“孤军奋战”,没有预警机支援、没有空中指挥机、也没有地面自动化截击指挥系统。

  而且,更重要的是,在整个战争期间,伊朗也只能从美国获得少量的走私零备件。

  这些具有传奇色彩的“雄猫”战斗机,甚至到了21世纪的今天,依然活跃在伊朗的天空中,甚至在2015年,2架伊朗F-14战斗机还参加了为空袭IS组织的俄罗斯图-95轰炸机的护航行动。

  如果说当年伊朗选择的是发动机十分不成熟的F-15,这样的故事根本不可能发生。

  如果说伊朗没有未雨绸缪,向美国提前购买大量TF30发动机相关的零备件,这样的故事 一样根本不可能发生。

  如果说伊朗等着F100发动机成熟起来再买——那就没有后来了……

  生逢其时是一种战斗机的最大优势,如果在关键领域占据了绝对优势,那发动机性能稍有短板之类的问题就不能阻止一种划时代的战斗机主宰天空

  航空动力行业知名的蠢事之一,印度为米格-27战斗轰炸机改装AL-31F发动机,结果飞机性能反而下降了

  F-14可以说是一个极为经典的案例:一种技术状态稳定、存量多,但性能一般的发动机,成就了一种伟大的战斗机。

  与伊朗那些最初期版F-14A相比,美国海军的F-14A服役生涯就平淡得多,毕竟美国海军没有迎来想象中的与苏联空军和海军航空兵的最终对决。美军的F-14A在1981年和1989年两次锡德拉湾空中对抗事件中,击落了利比亚的2架苏-22攻击机和2架米格-23战斗机。

  而在1991年海湾战争中,经过了现代化改装,终于用上了F110-GE-400发动机的F-14A+战斗机却遇到了一件尴尬的事情,当他们期待着用AWG-9雷达和AIM-54导弹痛揍伊拉克人的时候,却发现伊拉克人面对这种在两伊战争期间就已经非常熟悉的老冤家,选择了只要一发现AWG-9雷达开机,立刻远远逃跑的“战术”……结果姗姗来迟F110发动机反而并没有帮助这些F-14A+取得更好的战绩,整个海湾战争中,F-14A+(稍后改名F-14B)仅仅击落了一架逃避不及的米-8“河马”直升机,反而有一架被伊拉克人的S-75防空导弹击落。

  至于后来进行深度现代化改进的F-14D,在后来几年的反恐战争中却被用来执行各种轰炸任务,根本没捞着空战。

  90年代,F-14D终于换上了推力强大的F110发动机,并全面更新航电,但终其一生,只执行了一些对塔利班和伊拉克的轰炸任务

  从伊朗和美国“雄猫”的空战历史,我们可以看出另一个问题:一种及时到位的,不完美,但是具有跨时代意义的“现在完成时”的战斗机的意义,可能远超过需要漫长等待,才能完善起来的“将来完成时”。

  对于中国空军来说,主要对手已经拥有一百多架强大的F-22战斗机,后续还将以每年数十架的速度生产F-35战斗机。更重要的是,许多不友好的国家和地区,也在努力加强自己的空军,F-15K、F-15J升级型、F-16V、苏-30MKV、苏-30MKI、阵风、F-16 BLOCK 70或鹰狮……

  随着2011年718工程原型机初试啼声,中国周边瞬间进入了“军备竞赛”模式。

  如果歼-20严重跳票,就像1969年首飞的歼-8那样,花上11年功夫才定型,又难以大批量生产,而且技术性能也远不能达到最初设想水平……

  等到歼-8的完美版,歼-8F出现的时候,当初为了对付歼-8紧急引进F-4的日本已经换上了F-15J好多年,美国海军的F-14都已经要退役了。

  如果这种事发生在歼-20身上……后果简直不堪设想。

  可以说,从立项的那天起,歼-20就已经注定要突破中国航空工业所有的惯例和现成经验。其项目领导体制级别之高,甚至不亚于当年的两弹一星。

  正是因为等不起,一些行业痼疾,在这种决心面前,统统需要让路。

  只要能确保歼-20发挥战斗力,一切都要让位于性能和进度,不能顾忌面子和固有的利益,这或许也是歼-20总设计师杨伟在这种飞机的研制过程中受到巨大压力的原因。

  飞起来的第一道关,用国内翻新的AL-31F发动机过去了。

  试生产和小批量生产,用我方出资,俄“礼炮”厂生产的99M1改进型发动机过去了。

  接下来,歼-20站在了大批量生产的门槛前。

  今年中国空军的宣传大片《空天猎》中,歼-20将以高清无码大图方式和全国人民见面

  其实早在去年珠海航展,99M1改进型发动机质量问题的消息已经传出来了。

  毕竟“礼炮”是俄罗斯的厂,即使我们从一开始就出资(这你就可以理解为什么礼炮厂给SU-27SM3战斗机安装的99M1发动机被俄国防部长绍伊古称赞为“不花国家一分钱研制经费”……),并从一开始就深度介入了这种发动机的研制(通过种种方式,此处可以发挥想象力),但终究我们控制不了俄罗斯政府,也不能直接指挥“礼炮”厂。

  经过一年左右时间,俄罗斯发动机的质量能否如他们的承诺一样,大有好转,尚待验证。

  目前,俄罗斯正在推动其国内发动机行业的进一步整合,在这个过程中,“礼炮”厂必须稳住中国用户,才有可能给自己争取一个比较有利的位置,不然光靠俄军订购苏-34战斗机的发动机的订单,该厂迟早会和“乌法”一样,成为“土星”旗下的生产中心。这也就让他们有压力去提高99M1改进型的生产质量。

  此外,中国国内早就有AL-31F发动机的大修线,能够自行生产制造AL-31F的大多数主要零件。如果实在不行,可以在国内对不符合要求的发动机进行调整,只不过这涉及的成本颇大,而且上来就对全新发动机进行“大修”,也颇为荒谬。但还是那句话,为了确保歼-20尽快形成初期战斗力,没有什么不可能。

  至于这次大家看到的歼-20装涡扇-10发动机的照片,从图片上可以看到,发动机和发动机舱之间的配合都还不完整,表明这是一架进行歼-20和“太行”结合试验的飞机,两者间的结合还处在比较初期的状态。

  虽然我们能从尾喷口细节明显看出这是涡扇-10发动机,但究竟是不是传说中的涡扇-10B,只能说真的不清楚,这不是肉眼能看出来的。

  我们只能从理论上分析一下,如果给歼-20装涡扇-10发动机,会怎么样。

  首先,要强调,即使歼-20装上涡扇-10B,不会比F-14A装TF-30更“差”。其实,现代战斗机即使在发动机不怎么给力的情况下也可以眼花缭乱,你看《壮志凌云》里那些F-14A上下翻飞是不是很爽啊?那可是用的性能相当不咋地的TF30哦。

  歼-20由于采用隐身设计,所有武器在机身内,始终保持干净构型,实际阻力比同样用两台涡扇-10的歼-11B大幅度减小。再加上,歼-20的气动外形设计也高度强调超音速性能,其实际减阻效果应该比苏-27系列有较大的提高,尤其是超音速条件下。

  但同时,由于机内燃油较多、参考美国F-22战斗机和F-15的对比,歼-20可能也会比歼-11系列增加一些重量,即使考虑结构和材料上的进步,最终歼-20的正常起飞重量恐怕依然会比苏-27系列增加。

  那么我们参考美国空军提供的数据,F-22战斗机的正常起飞重量29.4吨,两台F119发动机最大军用推力(不用加力),总推力约23.6吨力,加力推力,军推推重比0.8,最大加力时推重比1.07。

  从YF-22到F-22,空重增加数吨,燃油和其他载荷相应减少,但正常起飞重量是基本相似的

  F-15C战斗机正常起飞重量20.2吨,两台F100PW-220发动机最大军推下总推力约为13.2吨力,最大加力推力总计21.4吨。军推时推重比0.65,最大加力时推重比1.06。

  相比之下,苏-27SK正常起飞重量23.4吨,两台AL-31F发动机最大军推15.34吨力,加力推力24.4吨力。军推时推重比0.65,最大加力推重比1.04。

  歼-20战斗机的正常起飞重量,我们且按照接近F-22的29吨来算——即使比F-22晚了几十年研制,但考虑到全机尺寸比F-22大,我们很难想象歼-20的重量反而能比F-22轻太多。

  如果使用99M1改发动机,按照礼炮厂当初研制99M2时提出的数据,加力推力有14.5吨,军推可能是9.4吨。那么算下来歼-20的推重比在军推时为0.64,最大推力时推比为1左右。

  而我们现在已经知道,使用99M1改发动机的歼-20在试飞中用最大军推可以达到1马赫左右的飞行速度。也就是说,歼-20的气动布局设计非常成功,在跨音速和超音速段的减阻效果比三代机革命性的进步。

  用99M1改发动机的歼-20能用接近F-15C的推重比数据,实现跨音速巡航、长时间维持超音速飞行状态。并且,凭着较好的升阻比特型,在超音速飞行的时候还能进行机动而不大幅度掉速度(当然肯定得开加力了),这就是“沙场阅兵”时飞行员所说的“超音速性能就是歼-20的天下”的原因。

  而如果歼-20换涡扇-10B会如何呢?该发动机的最大加力推力有13.5和13.2吨的说法,这里我们悲观一点,采用13.2吨说,而其军用推力,可能是8吨左右。那么算下来,军推下推比0.55,加力推力下推比为0.91。这个推重比,即使是在第三代战斗机当中,也不算很优秀。

  当年美国和苏联,为了争夺“天下第一战斗机”的“话语制高点”,拿F-15和SU-27搞创纪录飞行,到最后苏联弄出了几乎拆掉飞机上所有对维持飞行无用的零部件的P-42创纪录飞机, 这架飞机比普通苏-27SK减轻接近4吨重量,在创纪录飞行时仅带1吨燃油,结果该机在垂直爬升中超过了声速,其推重比高达2。

  如果歼-20能够大幅度减重,例如正常起飞重量降低到25-26吨,那么即使是用涡扇-10B发动机,也一样会具有惊人的性能。反过来,如果歼-20真是这个空重,装上99M2发动机,其推力性能就和F-22旗鼓相当了。

  用于创纪录的P-42试验机,该机连油漆都被刮掉,以减轻重量,减重4吨,才勉强超过F-15的爬升率数据,事实上,苏-27本身也不是动力充沛的战斗机

  但这个减重幅度,对于第四代战斗机而言,恐怕不现实。

  美国的F-22从原型机YF-22的15吨空重,到实际服役的时候空重变成了19吨。歼-20在现有基础上进一步大幅度减重,必然带来成本大幅度增加,除了机动性外的其他性能也会有所损失……最后恐怕就得不偿失了。所以换上涡扇-10的歼-20,飞行性能将会有所降低,再所避免。

  这里笔者还是要强调,即使采用涡扇-10B发动机的歼-20,只要有先进的雷达、先进的导弹、先进的航电,先进的飞控、先进的信息化能力……至少靠更好的隐身性能,强吃亚音速飞机F-35,毫无问题。更不用提压制各种三代机了。

  只是对于部队来说,用俄发版歼-20摸索的超音速机动和隐身相结合的战术战法,就等于被废掉了大半武功,或者至少是受到很大限制,这样空军恐怕很难接受。

  因此,笔者认为未来歼-20不大可能直接用推力过于勉强的涡扇-10B发动机。从目前装机的状态来看,歼-20要开始为使用涡扇-10系列发动机做准备倒是可以肯定的。

  从目前换上“太行”的歼-20后机身看,从开始使用“太行”试飞,到真正完成“太行版”歼-20,恐怕起码还需要几年时间。

  因为涡扇-10系列的直径和AL-31系列直径有区别,因此“太行版歼-20”肯定是需要局部修改设计的。有了尺寸合适的“太行版”机体,接下来才能考虑“太行版歼-20“究竟用哪一款太行。

  从黎明公司珠海航展上公布的相关发展计划来看,涡扇-10IPE或许是歼-20可用的选择,该发动机推力据称可以达到和99M1改纸面数据相当的水平。

  如果涡扇-10 IPE在推力性能和99M1改相当,那么它将很有可能成为歼-20的过渡性发动机。当然,目前涡扇-10 IPE发动机本身的研制究竟到了什么阶段,我们也还没有消息。

  那么,涡扇-10发动机的产能能够满足歼-20大批量生产的需要吗?

  大家都知道,黎明厂的生产速度在过去的几年里也只是差强人意,要想短时间大幅度提升生产速度,恐怕也还是很有难度的。

  据沈阳地方政府公示信息,黎明厂新建的厂房在2011年批准规划,经过几年建设,现在看起来应该已经竣工,该厂生产能力未来几年内可能有较大幅度提高

  目前已经知道选用涡扇-10系列的国产战斗机已经有:歼-16、歼-11B、歼-11BS……再加上未来可能上歼-20和歼-10C——黎明厂的现有产能肯定填不满坑了。如果要大幅度提高产能,不仅仅是黎明厂要扩建,为涡扇-10生产配套零部件的全国许多企业都要面临扩建的问题。

  事实上,从去年开始中央电视台的报道也好,网上许多财经网站披露的黎明厂盈利大幅度提高也好,其实都是涡扇-10大幅度提高生产规模的迹象。近年来在沈阳当地的政务公示信息中,也可以看到黎明厂大规模扩建厂房的信息。

  当然,从扩建到产能大幅度上升,还有一段时间,或许起码几年。这倒也是和前面提到的“太行版”歼-20飞机需要的研制时间基本匹配。

  至于歼-20战斗机形成初期战斗力的问题,从现在空军已经开始列装歼-20,并且正在加快形成战斗力来看,不大可能临时换发动机。

  目前歼-10C和歼-20都需要使用99M1改发动机,对于在未来相当一段时间内该型发动机将成为解放军空军重要装备

  另一方面,中国已经和他们签署了采购大量99M1改发动机(俄方交付的正式名称叫做“AL-31FN series 3”,或“运用series 42批次技术改造的AL-31FN”,虽然这些发动机其实用了99M2的相关技术改进,但没有另行向俄主管机构申请新的型号名称)的合同,这些发动机目前只有歼-20和歼-10C用,俄罗斯自己并没有使用该发动机的飞机。所以从发动机数量上来说,俄发是可以满足歼-20初期批量生产需要的。至于生产质量问题,礼炮厂也在进行整改,改善99M1改发动机交付质量的工作据说已经落实——当然实际效果还是得靠产品说话,中国方面也等着看效果。

  综合上述,对于中国空军来说,歼-20现阶段,尽快完成技战术摸索,形成战斗力最重要。正如我们前面说的,这是硬性要求,不可能动摇,任何利益、荣辱都要服从这个要求。那么,继续沿用俄制发动机就没什么可说的了。

  而未来几年,我们将可以看见“太行版歼-20”的更多细节。如果歼-20选择保守的方案,用涡扇-10B的话,短期内可以满足空军尽快装备四代机,缩小与对手技术差距的要求。就像美国海军1986年前使用F-14A的状态。

  如果用涡扇-10IPE,那么“太行版”实际装备部队的时间,或许还要再推迟一些,而飞机的部分性能,和“俄发版”歼-20相比,可能还稍有提高。

  但不论哪一个,当“太行版”战斗机批量制造出来的时候,“俄发版”的生产应该也就会告一段落。这和歼-11B战斗机换发涡扇-10A以后就不再生产使用AL-31F的型号是一样的。

  至于未来的涡扇-15发动机,我们现在只能说,前途是光明的,道路是曲折的,任何科研工作不可能一帆风顺,遇到一些挫折也是难免的。在有性能尚可的过渡方案的前提下,进度推迟一些,并不是灾难。

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