在近日舉行的第三屆中國航空投資峰會及第七屆航空創新創業大賽總決賽上面,技術人員給出的令人振奮的消息,WS-15已經突破技術難關,實現批量生產,殲-20戰鬥機在2025年之前以完全狀態投入批量生產已經沒有技術問題。
【對標,就對標美國最強】
WS-15發動機是中國研製第四代軍用渦扇發動機,它的技術水平直接對標美國F-119渦扇發動機。後者是F-22戰鬥機的發動機,加力推力接近17噸。憑藉發動機強大的推力,F-22戰鬥機實現了超音速巡航能力,作戰效能得到大幅度提高。
使用F-119發動機的F-22戰機
F-119發動機強悍的性能源自它採用的先進的技術、材料及工藝,包括三維計算流體力學、單晶材料、整體渦輪盤、高強度阻燃鈦合金、新一代粉末高溫合金、先進位造技術及工藝等等。
由於採用了一系列先進技術,F-119發動機性能得到大幅度提高,最明顯的例子就是它的渦輪前溫度高達1900K,這個數字比F-110發動機提高了近300K,可以說這個指標已經逼近材料及冷工藝的極限。現代發動機推力來源於空氣受熱膨脹產生的能量,因此發動機推力大小與進/排氣溫度差呈正相關。對於現代航空發動機來說提高推力最直接的辦法就是提高渦輪前溫度。在加力推力一定的條件下,提高渦輪前溫度有助於提高不開加力推力,這是讓戰鬥機具備超音速巡航能力的重要條件之一。
【趕超F119太難,甚至引發質疑】
由於F-119渦扇發動機技術難度極大,即便美國也花了近20年時間才研製成功,實現批量生產。
因此當年我們決定WS-15對標F-119渦扇發動機的時候,在業內曾經引起爭論。但是經過討論之後,技術人員只能對標F-119才能保證WS-15的性能,才能讓殲-20具備超音速巡航能力,實現抗衡F-22戰鬥機的目標。
為了達到這個目標,中國航空發動機戰線付出了艱苦的努力,進行了長期攻關,以變形高溫合金為例子,F-119渦扇發動機使用鈦合金高達40%,工作溫度600度。國產渦扇-10鈦合金使用比例只有20%左右,工作溫度接近500度,兩者差距較大。相關單位技術人員經過努力,研製國產新一代變形高溫合金,成功應用在WS-15上面,為WS-15超過F-119掃清了障礙。
【殲20實現超巡,可與F-22「禮尚往來」】
殲-20戰鬥機安裝WS-15發動機之後,將會具備超音速巡航能力,現在只有F-22戰鬥機才具備這樣的能力。
不開加力長時間超音速飛行,可獲得巨大戰術優勢
由於殲-20戰鬥機航空電子系統優於F-22戰鬥機,例如殲-20戰鬥機安裝有分布式光學孔徑系統,對隱身目標探測能力優於F-22。如果再具備超音速巡航能力,那麼在空戰之中就會占據優勢。
為了配合性能升級,殲-20還進行了優化設計,例如它的座艙增加了一個明顯的隆起,把飛行負壓區填滿,從而減少飛行阻力,尤其是超音速、跨音速條下的阻力。經過這樣改進之後,殲-20超音速巡航能力得到有效增強,進一步提高了飛機超音速條件下的性能。
相比90年代的F-22,殲20在電子系統上有後發優勢
【國產航發熬出頭,迎來百花齊放】
從現在來看,WS-15研製成功,不但實現殲-20戰鬥機齊裝配套,它取得一系列技術成果還可以用來改進現有發動機,也為下一代高性能推進系統發展鋪平了道路。
有消息說渦扇10、渦扇20發動機採用了對轉渦輪技術,這個技術就是四代渦扇發動機的特徵之一。由於渦輪對準,減少軸系長度和重量, 降低發動機的重量。從這個角度來講,國產渦扇10、渦扇20發動機技術水平要優於F-110和CMF-56發動機。
下一代高性能推進系統方面,它的推力更大、推重比更高,對於設計、材料、製造、工藝等要求更高,我們可以在WS-15項目基礎上繼續向前發展,為國產新一代高性能推進系統研製創造有利條件。
未來中國航發也會利用新一代發動機研製成果對WS-15進行改進。一方面可以提高WS-15發動機,另外一方面也可以驗證新發動機的技術。
外界推測中國第6代戰鬥機可能繼續按照殲-20的研製思路,首先利用WS-15發動機或者改進型試飛,對飛機設計進行驗證,甚至早期仍然使用WS-15改進型發動機。這樣就可以為第5代發動機研製爭取時間,待第5代發動機成熟之後,再裝備第6代戰鬥機,讓它具備完全作戰能力。中美新一代戰機的研發,首次站在同一起跑線上,技術代差終於被基本追平。