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6代变循环发动机出来了吗,为什么J20还要用WS发动机?

来源:www.taobaoyi.com   时间:2022-07-12 12:04   点击:212  编辑:钱思   手机版

变循环发动机,这玩意是上世纪五、六十年代美国的航空科技研发人员率先提出的一个概念,源自美军方要求制造一种战斗机在亚音速时,能做到高推力、低油耗;而在超音速时,除了保持高推力以外,还要尽可能降低阻力的航空发动机。

在此概念下,率先诞下的航空科技结晶,就是普惠公司的J-58-1发动机,被装在美国空军的SR-71“黑鸟”侦察机上,2台变循环的J-58-1发动机输出的强劲动力,赋予了SR-71侦察机26600米的实用升限,以及3马赫超音速巡航速度,是当时世界上飞得最高、飞得最快的侦察机。

SR-71,在苏联、古巴、朝鲜以及其他华约成员国的上空来去自由,如入无人之境,当时地球上所有的战斗机、高射炮,甚至包括防空导弹,对于SR-71这架空中的“黑鸟”都无可奈何,在雷达屏幕上能看到,但打不到就是打不到。

在3倍音速高速飞行时,SR-71也存在问题,即机体长度由于热胀会被拉长约30厘米,尽管其油箱管道采用了弹性设计,能利用油料的流动来带走高温部位的热量,尽管采用了很多措施,但SR-71的油箱,因为机体热胀冷缩,会发生一定程度的泄漏。

因此,所谓的变循环发动机,迄今为止也就只运用在了SR-71侦察机上,其他的先进战斗机,并未用上变循环发动机。

随着中俄在战斗机航空发动机领域的持续发力和推进,美国空军为了保证其“技术抵消”战略的有效性,对战斗机又重新拾起了变循环发动机这一路子,企图在航空发动机领域再力压俄中一头,保持美国空军战斗机在性能上碾压俄中。

但显然由于技术方面的制约,变循环发动机至少未能成功运用在先进战斗机上,迄今为止也就只运用在了SR-71侦察机上,而“黑鸟”现已正式退役。

变循环发动机,曾经最有可能就是装上F-22隐形战斗机,但是非常遗憾通用电气公司耗费巨资研制的YF-120变循环发动机,在F-22隐形战斗机项目竞争中,最终输给了普惠公司的F119-PW-100涡扇发动机。

尽管YF-120变循环发动机在F-22项目竞争中失败了,但其发动机在低速时,以涡轮风扇发动机方式工作;发动机在高速时,以近似涡轮喷气发动机的方式工作,其优异的性能和创新性的变循环方案,使其在航空发动机业拥有举足轻重的地位。

据中航发动机副总裁张健称,中国发动机研制的技术目标时间表,已经排到了2030年,意味着中国航空科技人员,或许已经开始涉足变循环发动机的研发,但以中国航空发动机落后于美俄欧洲的客观现状,所谓的变循环发动机什么时候能够研发成功,都具备极大的不确定性。

美国通用电气公司研发成功了YF-120变循环发动机,仍然未被美国空军所采纳, 虽然在性能上强过普惠公司的 YF-119,却比 YF-119 技术风险高、研制费用大,也是其竞争失败的主要原因之一,美国空军不愿冒险。

对于中国空军来说,歼-20是高性能的隐形战斗机,对于航空发动机的选择非常慎重,绝对不会冒失,在国产航空发动机性能不过关的背景下,宁愿花巨资引进被军迷戏称为“三姨夫”的俄罗斯“礼炮”公司设计制造的AL-31FN发动机。

只有在国产WS-10改、WS-15涡扇发动机研发成功,且在持续试飞验证过程中,被证明质量可靠的前提下,新制造的歼-20隐形战斗机才逐步舍弃了俄制AL-31FN,换上了国产的WS-10改和WS-15涡扇发动。

对于中国空军歼-20隐形战斗机来说,采用新颖的变循环发动机,本文作者判断至少在20年内,可能性是不存在的,毕竟在航空发动机领域,中国最起码落后美国20-30年。

参考中国1984年引进24架UH-60“黑鹰”直升机,直到2019年10月1日,国庆70周年阅兵式上,仿UH-60“黑鹰”的直-20直升机,才正式对外公开亮相。

中国航空科技人员逆向测绘仿制“黑鹰”直升机和通用电气公司的T700-GE-700涡轴发动机,耗费了整整35年时间,可见航空科技的难度有多大。

美国人在战斗机上都未装备变循环战斗机,只是最近才开始吹嘘变循环发动机,多半是因为美国的AETD和AETP项目,作为第6代战机的动力系统,才引来了国内一大波的网络跟进炒作。

其实,对于变循环发动机,中国航空科技人员保持了沉默状态,是否可以理解成对于研发成功变循环发动机,仍然将遥遥无期,一、二十年内,肯定不会有结果。

首先第一个,变循环发动机并不是什么特别神奇的东西,他也可以是一种特殊的涡扇发动机,而且已经出来了。

图为变循环发动机原理图。

第二个,歼20战斗机不使用变循环发动机,是因为我国目前的航空发动机还没有发展出来这样的产品,如果发展成功也会很快应用,这一技术本身不难,难的是想法,他对于机械设计要求较高,但是对于材料要求和涡扇发动机是几乎一致的,所以对于机械设计先进,材料有所差距的我国而言并不难,我国之所以没有,其实很简单:因为之前没有想到过。

图为某变循环发动机的内部结构图。

变循环发动机可以改变飞机的外涵道和内涵道之间的直径比例,改变两个涵道的空气流量比率,这样使得发动机具备不同的性能,比如在巡航时可以扩大涵道比,使得发动机处于非常省油的模式,可以提高飞机的航程,也增加发动机的寿命。而如果进入高速格斗和作战阶段,或者需要执行截击任务,那么就可以切换到小涵道比状态,甚至是涡喷状态,以提高发动机的燃烧效率,加速动力的输出,提高飞机的速度。

图为变循环发动机内部构造展示,可见其内部机械设计之复杂。

变循环发动机是一种新思维的发动机,他和过去一味地为了提高发动机的推力和降低油耗并行的发展重点思路不同,而是通过人为的可控改变发动机的性能来实现不同的需求,这一主动介入式的发展思路值得一试,而且好消息是,据说我国自己的变循环发动机也要面世了,我们拭目以待吧。

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