歼20专属定制——涡扇15发动机 我说过我不闪躲

编辑:女人资料网2019-09-03 04:43:35 关键字:
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最近,据权威媒透霍某新型发动机XX15已经完成了三个批次的生产,目前涡喷15早已下马,这个XX15发动机很可能指涡扇15,根据我国发动机以名山大川的命名规则,涡扇15发动机又名曰“峨嵋”,是歼20的专属定制品,也就是说歼20是按照峨嵋的尺寸来设计的。

网传的涡扇15图

硕大的雅克141

至于涡扇15的技术渊源,一说参考过雅克141的主发动机R79,据说搞到了设计图纸和一台样机,雅克141因为有升力发动机的死重,空重大幅超标,必须用推力空前的发动机,最终R79达到17.5吨的推力,仅次于AL41F,但它的涵道比达0.81,推重比只有5.6,自重达3吨,涡轮进口温度也不高,性能极不均衡,极有可能通过吃兴奋剂——补燃来达成指标的,说得通俗一点就是吸氧,这对发动机的寿命和维护性都有损害,对涡扇15的借鉴意义不大。

太行发动机

因为我们有了独立研发太行发动机的完整经验,再也不用象以前那样东拼西凑,动辄推倒重来了,峨嵋和太行之间必然有继承性,尽管设计峨嵋时太行当时还远未成熟,但基本的设计方向是对的,况且作为对标F119的神器,除了继承太行的路线,峨嵋也别无选择。

涡扇15于2006年才首次台架试车,现正紧张的进行测试,尚未定型,进度远远落后于歼20,只能用替补先行顶上,这是航空史上经常出现的桥段,无可厚非。

歼20换发领先试飞,提前将中国带入隐形时代

峨嵋的起点虽然很高,但一开始的参数却比较保守,比如总压比还没有太行高,只有28.9,比119的35有很大的差距,但“峨眉”是在比太行少三级高压压气机的情况下做到的,已属难能可贵。

峨嵋是小涵道比发动机,涵道比指的是流经外涵道和内涵道的空气量之比,又叫旁通比,旁通比这个概念表达的比较贴切,外涵流量就是从风扇处放出的一股气流,就象从大江分出的一条小河在外面流了一圈,在加力燃烧室或尾喷口处又重新汇入内涵道这条大江。如果没有外涵支流就是涡喷发动机,所以涡喷发动机可以看作涵道比为零的涡扇发动机。涵道比这个概念后文讲变循环时还会用到,非常重要。外涵气流因为没有经过高压压气机的增压,流速较慢,与内涵气流混合后能够降低排气速度,减少动能损失,因为不但进气的时候有气流动能损失,排气时也有。

喷气式发动机是利用喷流的反作用力来推动飞机的,推进效率是指能用于推进的功率与总的机械功率之比,它由排气速度与飞行速度的比值决定,如果排气速度大于飞行速度表明了燃气动能有损失,涡喷发动机由于没有外涵气流的减速效应,排气速度较快,因此在亚音速阶段,推进效率较涡扇发动机低,超过音速以后,随着飞行速度的提高,涡喷发动机的推进效率开始提高,涡扇发动机则与之相反,开始下降,直至开加力冲刺时,涡喷发动机的耗油远小于涡扇发动机,这反映的实际上是推进效率随涵道比的变化曲线。因此,超音速巡航需要用小涵道比发动机,峨嵋的涵道比是最0.38,这个值的涡扇发动机在进行超音速巡航时,各种状态处于最佳。

涡喷发动机明显皮薄

外涵汽流也没有通过燃烧室,所以温度较低,它通过吸收内涵的热量,转化成自身的压力和流速,进而增大总的推力,从而提高了发动机的热效率,表明发动机有更多的能量用于机械作功。虽然热效率只能达到50%,但比汽车用的活塞发动机和舰船用的燃气轮机不到40%的热效率高多了。

虽然涡扇发动机降低了排气速度,但并未降低推力,因为增加了外涵的排气流量。涡扇15必须在涵道比减小的情况下保持较高的推进效率和热效率,而不以牺牲其它性能为代价,拆了东墙补西墙,不能称其为新一代航发,此外涡扇15应该会采用混合排气来降低红外特征。

因为外涵气流可参与加力燃烧,涵道之比也一定程度上反映了加力比,对于带加力燃烧室的涡扇发动机来说,涵道比大则加力比大,涵道比小则加力比小,比如AL31F发动机,其涵道比为0.6,加力推力达12258千牛,而中间推力只有7620千牛,涡扇15相当于用小的外涵通道来减小阻力,因为大外涵增加的推力不足以抵消其加大发动机直径所带来的阻力。

F119的绚丽喷流

涡扇15的最大直径1.02,F119为1.13米,长度5.05米,F119为4.826米,通过对比可以发现,涡扇15的设计思想与歼20一样都是以减阻来弥补推力的不足。

峨嵋依然延续了太行的双转子结构,直径更大的风扇因叶尖激波而需要降低转速,如果只有一根轴,就会对高压压气机造成拖累,使得其压比降低,双转子解决了这个弊端,而对转结构则减小了发动机传递到机匣上作用力,使涡扇15的机匣有可能应用比树脂更轻的材料,进一步减重。

涡扇15的指标已接近传统发动机的极限,在基本原理没有改变的情况下,只能在材料和工艺上作文章,减小金属材料的使用比例,尽量在发动机冷端部件应用树脂基材料,不再用阻燃钛合金,在热端部件应用陶瓷基复合材料,至于新工艺,主要是通过控制材料纤维的走向,来增加强度。

发动机的换代周期很长,革命性装备的出现需要技术的全面进步,几十年前就甚嚣尘上的激光武器被吹上了天,美国还制定了野心勃勃的发展规划,但都因为技术不成熟相继下马,到现在激光依然无法取代导弹,更别说难度更大的航空发动机了,当务之急集中力量攻关传统发动机,传统航发遭遇瓶径,正是我们恶补的良机,美帝在前面也翻不了天。

涡扇15已经应用第三代单晶涡轮叶片,并且实验成功了两种新材料——铌钛铝和铼,铌钛铝合金密度只有西方的镍基合金的一半,在总体依然落后的情况下,有望局部赶超,但材料的化学原素过多冶炼过程中的不确定因素也就越多,但我国注定别无选择,只能硬着头皮埋头研发,铼是迄今为止自然界最后发现的稀有元素,熔点为3180摄氏度,仅次于钨,而它所拥有的极高强度和塑性却是钨不具备的,而且其在剧烈温差下的形变极小,适合用于矢量喷管。依然面对人家总体上的优势,不得不兵行险着,冒险采用一系列新技术,在一定程度上还是要走以维护性和寿命换性能这条路。

涡轮叶片

涡扇15在设计阶段就考虑了推力矢量喷管的整合,可见歼20一开始就是想把矢推融合进飞控的,只是因为发动机滞后的缘故才不得不让鸭翼+边条的气动布局唱“独角戏”,为了迁就隐形,鸭翼和边条不能采用三代机那样的最佳设计,但是为了达到超级机动性,只能用推力矢量控制来弥补,通过矢推版歼10的优异表现,证明太行的矢量喷管技术已经成熟,移植到涡扇15上也算物超所值,三元矢推能够使得超视距空战中的歼20尽量少用或不用气动控制面,极大增强了隐形能力。

歼10的矢量喷管

另外,在涡扇15上应用变循环技术也是不错的思路,目前世界上唯一涉足变循环的发动机是通用的F120,它通过第一级高压压气机的放气来改变外涵道的流量,进而改变旁通比,变成双涵道发动机,可以在涡喷和涡扇之间转换,在单涵道即涵道比最小的状态,外涵的微弱气流仅仅用于冷却,通过变循环,发动机的涵道比始终处于最佳工作点,F120的最大推力达到15.88吨,变循环使得军用推力进一步提高,耗油进一步下降,只是复杂一些,象燃气轮机的复杂循环一样,航发的变循环并不涉及高门槛的材料和工艺,主要在外涵的冷端部件做文章,对涡扇15而言不失为一条捷径,可以暂时避开内涵的拦路虎们,但无疑会更加复杂,但变循环至少比三转子简单一些,就是苦了我们维护人员,向他们致敬。

装备F120的YF23战斗机

要想性能再有代级提升必须寄希望于新原理发动机,涡扇15一类的传统航发都属于爆燃发动机,火焰的传播速度低于音速,燃速低,热效率就低,下一代最有前途的是连续旋转爆震发动机,能量以超音速传导,就象飞机破音障会出现音爆一样,爆震发动机将燃烧升级为爆炸,它是用燃烧室中连续旋转的爆轰波来做功,有点类似于超燃冲压发动机,不过控制难度增大,因为工况变化太快了,发动机控制计算机必须有超算的水平才有可能驾驭爆震发动机,不过这太遥远了,目前还处于概念阶段。

涡扇15于2015年首次高空试车,目前很可能已经进入飞行台阶段,先是装到伊尔76和轰6上试飞亚音速包线,再混装到歼击机上试飞全包线,希望我们尽快看到它纵横蓝天的身影。

总之,航发的水太深了,比政治家的套路都深。区区几千字实在说不了多少东西,最后希望大家都来关注涡扇15,关注中国航发。

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