中美航發又有差距了?渦扇15剛公開,美國也完成五代半航發測試

2022-10-14     彧蔚

原標題:中美航發又有差距了?渦扇15剛公開,美國也完成五代半航發測試

最近美國GE公司對外公開表示,其最新研製的XA100可變循環先進航發,已經順利完成地面全推力測試工作,證明其能夠為美軍現役的F35隱身戰機的常規型、垂直起降型和艦載型提供動力。

看到這可能很多人腦海中會有一個大大的問號就是,美軍F35戰機現階段裝配的F135發動機加力推力高達18噸,而且在累計裝機近千台的服役狀況下,這款航發雖然身上的問題不少,但整體來看還是非常安全可靠的。那為何GE公司要單獨為已經批准獨家採購航發的F35隱身戰機,單獨研發一款全新的渦扇發動機呢?

其實這款代號XA100的小涵道比加力式渦扇發動機,最開始並不是專為F35戰機研製的,而是在2016年底,隨著中國殲20五代戰機準備小批量裝備服役之際,為了形成技術和戰鬥力優勢,美國國防部提前給GE和普惠兩大航發企業,下達了一份研製下一代小涵道比先進航發的訂單,要求兩家航發企業開始預研下一代、也就是第六代戰機的新航發發動機,其中GE的六代航發代號XA100,普惠的六代航發代號XA101。

由於國防部要求下一代發動機推力要比現在的大、油耗還要更低,所以GE公司拾起了當年為F22隱身戰機研製F120先進航發的自適應可變循環技術,並且在最新的XA100先進航發上,採用了「三涵道」技術來提升推力的同時降低油耗。

要知道當年英國羅羅公司在和美國GE和普惠兩大航發企業競爭中,就是憑藉其RB211大涵道比先進航發的「三轉子」結構,使得RB211從GE的CF6-80C2航發、普惠的PW4062航發口中硬是搶到了一大塊肥肉。並且RB211三轉子航發的成功,也開始讓羅羅成為能夠和普惠、GE平起平坐的全球三大航發巨頭之一,並且在後續拿下了基本涵蓋空客所有機型所需航發的瑞達系列先進航發。

現如今GE在軍用戰機使用的小涵道比加力式航發上使用的三涵道技術,其實和當年RB211的三轉子結構原理是相同的。RB211的三轉子結構是通過三根驅動軸讓最前面的渦輪風扇、中間的壓氣機、尾部的高溫渦輪葉片都能夠同時工作在最佳預定轉速,這樣既能夠差生所需推力的同時,也降低了油耗和提升了壽命和安全可靠性。

而GE最新的XA100航發,所採用的的三涵道技術雖然從結構上略有不同,其主要還是由內外兩大涵道組成,但空氣流量更大的內涵道,可以通過GE引以為傲的自適應技術,在不同工況下讓內涵道變成一個或者兩個涵道,從而產生不同的氣流壓力,實現不同的推力和不同的油耗表現。

比如戰機在需要加速飛行的時候依然還是內外兩個涵道進入氣流,由於內涵道空氣流量沒有分開,單個涵道的流量很大,所以XA100航發加力推力狀態下可以產生20噸的推力、後期有望提升到21噸的加力推力表現;在巡航階段時戰機並不需要太大的推力輸出,這個時候XA100的內涵道主動根據進氣流量的下降,內涵道一分為二使得XA100航發此時成為三個涵道。此時內涵道只有最靠近裡面的涵道空氣流入壓氣機,中間涵道的空氣和外涵道一起直接流出,並不參與做功,所以油耗就能大幅降低,從而達到加速時推力更大、低速時更省油的表現。

當然競爭對手普惠公司的XA101航發,也採用了三涵道技術來增推降油耗,並且為了進一步增加競爭力,普惠公司還專門給XA101航發換裝了質量更輕、高溫能力更強的陶瓷基復合材料技術來進一步提升渦輪前溫度,進一步提升燃燒效率,使得XA101的推力和油耗變現,相比競爭對手的XA100表現更優。

最近關注新聞的可能都看過央視軍事頻道最近播出的《征程》大型軍事紀錄片,在這個紀錄片中,以及國慶節期間,空軍已經在對外暗示我國現役的五代隱身戰機殲20,正開始換裝其配套動力渦扇15先進航發。而作為殲20預定裝機動力的渦扇15,是我國繼裝備殲10C、殲11B、殲16戰機的渦扇10系列先進航發後,我國自主研製的新一代、性能直接對標F22隱身戰機裝備的F119航發的一款國產先進動力,據傳其最大加力推力高達15噸,比F119航發最大加力還略高一些,同樣不超過0.3的涵道比,也使得渦扇15整體性能絲毫部署F119航發,未來甚至能夠達到16噸左右的推力水準。

那眼下渦扇15剛亮相,美國就完成了新一代推力更大的先進航發地面測試工作,是否意味著中美先進航發差距再次被拉大呢?

其實仔細看GE最新測試完成的XA100航發會發現,這款航發雖然採用了三涵道、自適應等先進技術,但其無論是推力表現還是油耗表現,相比現役的F119和增推版本的F135航發提升並不大,特別是在推力表現上基本能持平,只有油耗表現略有提升。而且現階段美國防部已經暫緩六代戰機研發工作,計劃將XA100和XA101的勝出者,裝配到現役F35隱身戰機上,以提升F35的作戰航程和機動性能表現,所以這樣算的話,不管是XA100還是XA101其實都不能算是六代戰機動力,只能算是一款油耗表現較佳的五代半動力航發。

而對於我國而言,殲20戰機又不是C919客機,對於航發的油耗表現這些要求並不是很高,只要渦扇15的推力大、加速響應性好,其就算推力只有15噸,相比XA100和XA101的20噸推力有不小差距,但從整體作戰性能方面來看,提升並不大。

比如其計劃安裝的F35隱身戰機設定最大起飛重量32噸,安裝的是一台加力推力18噸的航發,整機推重比已經高達0.56。就算其換裝加力推力20噸的航發,其最大起飛重量也不會從32噸提升到34噸,畢竟戰機的最大起飛重量除了和發動機推力有關外,還和機身結構、起落架結構等有直接關係。

其實對於包括戰機在內的任何航空器而言,並不一味是動力越大就一定越好,雖然也有動力強、板磚都能飛上天的說法,但動力太大也不好,會帶來影響發動機和機身壽命的缺點。所以一般軍用運輸機整機推重比在0.2--0.3之間、戰機的整機推重比中,四代戰機中,單發布局整機推重比在0.6左右、雙發在0.75左右;五代戰機中雙發普遍都在0.75--0.8之間,單發的F35採用的F135發動機是故意增加涵道比產生的高推力,所以其整機推重比並能衡量標準

而對於殲20而言,其換裝的渦扇15最大加力推力15噸的話,其整機推重比高達0.79,和F22現階段一樣。而F35就算換裝加力推力20噸的XA101或者XA100,其整機推重比仍然只有0.625,,只比現階段高一點點。也就是說和殲20直接形成對手的F22並沒有換裝航發,二者中殲20憑藉先進氣動布局、先進航電仍占優勢;比殲20低一檔次的F35換裝先進航發了,但其機動性仍然差於殲20。

所以渦扇15雖然剛開始亮相,美國就開始測試五代半動力,但對於中美先進戰機的戰鬥力影響並不大。而且自適應可變循環航發我國也早已開始研究,並且經公開資料可查詢的是,2020年底,媒體報道中航集團某型號航發研製總師劉永泉同志的先進事跡中,就有提到我國新一代自適應變循環發動機研製進展,特別是公開透露稱我國新一代可變循環發動機已經進入「關鍵技術整機驗證階段」,也就是該發動機已經進入核心機或整機地面測試階段,相信其就算公開的晚,也不會比美國XA系列可變循環航發裝機時間晚的多。

文章來源: https://twgreatdaily.com/d90ac7b8f2c296518e3154a042d608f6.html