中美航发又有差距了?涡扇15刚公开,美国也完成五代半航发测试

2022-10-14     彧蔚

原标题:中美航发又有差距了?涡扇15刚公开,美国也完成五代半航发测试

最近美国GE公司对外公开表示,其最新研制的XA100可变循环先进航发,已经顺利完成地面全推力测试工作,证明其能够为美军现役的F35隐身战机的常规型、垂直起降型和舰载型提供动力。

看到这可能很多人脑海中会有一个大大的问号就是,美军F35战机现阶段装配的F135发动机加力推力高达18吨,而且在累计装机近千台的服役状况下,这款航发虽然身上的问题不少,但整体来看还是非常安全可靠的。那为何GE公司要单独为已经批准独家采购航发的F35隐身战机,单独研发一款全新的涡扇发动机呢?

其实这款代号XA100的小涵道比加力式涡扇发动机,最开始并不是专为F35战机研制的,而是在2016年底,随着中国歼20五代战机准备小批量装备服役之际,为了形成技术和战斗力优势,美国国防部提前给GE和普惠两大航发企业,下达了一份研制下一代小涵道比先进航发的订单,要求两家航发企业开始预研下一代、也就是第六代战机的新航发发动机,其中GE的六代航发代号XA100,普惠的六代航发代号XA101。

由于国防部要求下一代发动机推力要比现在的大、油耗还要更低,所以GE公司拾起了当年为F22隐身战机研制F120先进航发的自适应可变循环技术,并且在最新的XA100先进航发上,采用了“三涵道”技术来提升推力的同时降低油耗。

要知道当年英国罗罗公司在和美国GE和普惠两大航发企业竞争中,就是凭借其RB211大涵道比先进航发的“三转子”结构,使得RB211从GE的CF6-80C2航发、普惠的PW4062航发口中硬是抢到了一大块肥肉。并且RB211三转子航发的成功,也开始让罗罗成为能够和普惠、GE平起平坐的全球三大航发巨头之一,并且在后续拿下了基本涵盖空客所有机型所需航发的瑞达系列先进航发。

现如今GE在军用战机使用的小涵道比加力式航发上使用的三涵道技术,其实和当年RB211的三转子结构原理是相同的。RB211的三转子结构是通过三根驱动轴让最前面的涡轮风扇、中间的压气机、尾部的高温涡轮叶片都能够同时工作在最佳预定转速,这样既能够差生所需推力的同时,也降低了油耗和提升了寿命和安全可靠性。

而GE最新的XA100航发,所采用的的三涵道技术虽然从结构上略有不同,其主要还是由内外两大涵道组成,但空气流量更大的内涵道,可以通过GE引以为傲的自适应技术,在不同工况下让内涵道变成一个或者两个涵道,从而产生不同的气流压力,实现不同的推力和不同的油耗表现。

比如战机在需要加速飞行的时候依然还是内外两个涵道进入气流,由于内涵道空气流量没有分开,单个涵道的流量很大,所以XA100航发加力推力状态下可以产生20吨的推力、后期有望提升到21吨的加力推力表现;在巡航阶段时战机并不需要太大的推力输出,这个时候XA100的内涵道主动根据进气流量的下降,内涵道一分为二使得XA100航发此时成为三个涵道。此时内涵道只有最靠近里面的涵道空气流入压气机,中间涵道的空气和外涵道一起直接流出,并不参与做功,所以油耗就能大幅降低,从而达到加速时推力更大、低速时更省油的表现。

当然竞争对手普惠公司的XA101航发,也采用了三涵道技术来增推降油耗,并且为了进一步增加竞争力,普惠公司还专门给XA101航发换装了质量更轻、高温能力更强的陶瓷基复合材料技术来进一步提升涡轮前温度,进一步提升燃烧效率,使得XA101的推力和油耗变现,相比竞争对手的XA100表现更优。

最近关注新闻的可能都看过央视军事频道最近播出的《征程》大型军事纪录片,在这个纪录片中,以及国庆节期间,空军已经在对外暗示我国现役的五代隐身战机歼20,正开始换装其配套动力涡扇15先进航发。而作为歼20预定装机动力的涡扇15,是我国继装备歼10C、歼11B、歼16战机的涡扇10系列先进航发后,我国自主研制的新一代、性能直接对标F22隐身战机装备的F119航发的一款国产先进动力,据传其最大加力推力高达15吨,比F119航发最大加力还略高一些,同样不超过0.3的涵道比,也使得涡扇15整体性能丝毫部署F119航发,未来甚至能够达到16吨左右的推力水准。

那眼下涡扇15刚亮相,美国就完成了新一代推力更大的先进航发地面测试工作,是否意味着中美先进航发差距再次被拉大呢?

其实仔细看GE最新测试完成的XA100航发会发现,这款航发虽然采用了三涵道、自适应等先进技术,但其无论是推力表现还是油耗表现,相比现役的F119和增推版本的F135航发提升并不大,特别是在推力表现上基本能持平,只有油耗表现略有提升。而且现阶段美国防部已经暂缓六代战机研发工作,计划将XA100和XA101的胜出者,装配到现役F35隐身战机上,以提升F35的作战航程和机动性能表现,所以这样算的话,不管是XA100还是XA101其实都不能算是六代战机动力,只能算是一款油耗表现较佳的五代半动力航发。

而对于我国而言,歼20战机又不是C919客机,对于航发的油耗表现这些要求并不是很高,只要涡扇15的推力大、加速响应性好,其就算推力只有15吨,相比XA100和XA101的20吨推力有不小差距,但从整体作战性能方面来看,提升并不大。

比如其计划安装的F35隐身战机设定最大起飞重量32吨,安装的是一台加力推力18吨的航发,整机推重比已经高达0.56。就算其换装加力推力20吨的航发,其最大起飞重量也不会从32吨提升到34吨,毕竟战机的最大起飞重量除了和发动机推力有关外,还和机身结构、起落架结构等有直接关系。

其实对于包括战机在内的任何航空器而言,并不一味是动力越大就一定越好,虽然也有动力强、板砖都能飞上天的说法,但动力太大也不好,会带来影响发动机和机身寿命的缺点。所以一般军用运输机整机推重比在0.2--0.3之间、战机的整机推重比中,四代战机中,单发布局整机推重比在0.6左右、双发在0.75左右;五代战机中双发普遍都在0.75--0.8之间,单发的F35采用的F135发动机是故意增加涵道比产生的高推力,所以其整机推重比并能衡量标准

而对于歼20而言,其换装的涡扇15最大加力推力15吨的话,其整机推重比高达0.79,和F22现阶段一样。而F35就算换装加力推力20吨的XA101或者XA100,其整机推重比仍然只有0.625,,只比现阶段高一点点。也就是说和歼20直接形成对手的F22并没有换装航发,二者中歼20凭借先进气动布局、先进航电仍占优势;比歼20低一档次的F35换装先进航发了,但其机动性仍然差于歼20。

所以涡扇15虽然刚开始亮相,美国就开始测试五代半动力,但对于中美先进战机的战斗力影响并不大。而且自适应可变循环航发我国也早已开始研究,并且经公开资料可查询的是,2020年底,媒体报道中航集团某型号航发研制总师刘永泉同志的先进事迹中,就有提到我国新一代自适应变循环发动机研制进展,特别是公开透露称我国新一代可变循环发动机已经进入“关键技术整机验证阶段”,也就是该发动机已经进入核心机或整机地面测试阶段,相信其就算公开的晚,也不会比美国XA系列可变循环航发装机时间晚的多。

文章来源: https://twgreatdaily.com/zh-hans/d90ac7b8f2c296518e3154a042d608f6.html