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歼20到底有没有推力矢量发动机技术呢?矢量发动机是什么意思?

来源:www.taobaoyi.com   时间:2022-05-24 08:11   点击:216  编辑:丁园   手机版

在2018年珠海航展,一架安装涡扇-10矢量发动机的歼10B战斗机进行了飞行表演。

在矢量发动机的推进下,歼10B在做“眼睛蛇,落叶飘”等典型的过失机动动作时显得干净利落,丝毫不拖泥带水。

之所以做这两种机动动作时迅速有力,除了歼10B优异的机动性之外,也就是矢量发动机的功劳。

这是国产矢量发动机第一次在公开场合露面,第一次露面就带给了世人极大的震撼。同时也意味着:我国是继美俄之后,第三个掌握矢量发动机设计和制造的国家。

该矢量发动机就是涡扇-10TVC,基本上就是将涡扇-10B/C的常规尾喷管,换成了矢量喷管,发展成为了矢量发动机。

涡扇-10航空发动机的性能涡扇-10航空发动机一共发展了“涡扇-10,涡扇-10A,涡扇-10B,涡扇-10C”这几个型号。

其中涡扇-10是最基本的型号,由于故障较多,并没有大量生产,加力推力为12.5吨。

涡扇-10A则是涡扇-10的稳定型号,并进行了大批量生产。其加力推力为12.5吨,目前主要装备于歼11B和歼11BS。

涡扇-10B则是涡扇-10A的增推升级型号,也进行了大批量生产。加力推力达到了13.5吨,主要装备于歼16。

涡扇-10C是在涡扇-10B的基础上,再次增推的型号。其加力推力应该可以达到14吨或者14.5吨,并且安装了FADEC控制系统,主要装备于歼10C,歼20。

从涡扇-10TVC发动机来看,其矢量尾喷管的偏转方式比较独特,与117S那样的整体式偏转还不一样。

涡扇-10TVC矢量喷管的偏转是每一块调节片都在向着同一个方向转动。而117S的矢量喷管分成了2-3节,通过每一节的转动实现推力转向的。

举个最最形象的例子,如果将117S和涡扇-10TVC比作我们的手,117S实现推力矢量靠的是手腕的转动,而涡扇-10TVC靠的是5根手指同时的转向实现的。

这两种方式的矢量喷管是有利也有弊。类似于117S的矢量喷管的特点就是:偏转角度大,推力损失大,设计简单。

设计简单:主要是因为,这样的矢量发动机只需要控制2-3节喷管相连处的做动机构,就可以实现推力的转向,设计比较简单。

推力损失大:由于采用了2-3节喷管,产生的热气流需要从第1节喷管,到第2节喷管,再到最后一节喷管的过程中会有损失。

偏转角度大:也正是采用多节相连的偏转方式,导致每一处做动结构都可以当做偏转点。

类似于涡扇-10TVC的矢量喷管特点是:偏转角度小,推力损失小,设计复杂。

偏转角度小:由于是每处调节片进行偏转的,故只有一个做动结构,导致偏转角度小。

推力损失小:从燃烧室出来的热气流被直接的排出去,不用经过多次的变向。

设计难度大:这就要求控制系统,可以同时控制每一块调节片,同时做一个动作,且精准度丝毫不差。这对设计,控制都是难点。

无论如何,我国已经研制出了推力矢量发动机。尽管现役的战斗机没有使用,但总有一天会用上的。毕竟,矢量发动机可以让战斗机的机动性锦上添花,能用的话,是肯定会用的。

从尾喷管上来看,歼20一共安装过多种航空发动机。只不过,其推力适合歼20使用的也就只有AL-31F和涡扇-10系列。

其中AL-31F的型号则是推力增加到13.5吨的AL-31FM1,该发动机由礼炮联合体研制的,在2006年通过了测试,其安装有全权限数字控制系统(即FADEC)。

在歼20试飞时,和前几批次使用的都是AL-31FM1航空发动机,只不过尾喷管的颜色换了好多个。有白色的(验证机,即2001号,2002号),黑色的(量产型号,有部分量产型号使用了银色的喷管),银色的(原型机,即2011-2016号)。不过这些AL-31FM1航空发动机的尾喷管都不是锯齿状的,且没有火焰稳定器,这是与涡扇-10航空发动机最大的区别。

在2017年,一架安装尾喷管为锯齿状航空发动机的歼20战斗机出现了。基本可以确定,这架歼20安装的就是涡扇-10C航空发动机。也就是在2017年之前,歼20就开始与涡扇-10C航空发动机进行适配试飞。初步估计涡扇-10C航空发动机也安装了FADEC系统,也就是歼20为实现“飞—火—推一体化”进行试验。

个人觉得之所以选择在2017是有两个原因:第一:2016年南海差点发生冲突。在那时就知道,歼20适配涡扇-10C的进度必须要加快了,时不我待。只有歼20的数量越来越多,才有实力对抗周边扎堆出现的F35,F22等机型。当然,在2016年之后,不仅仅是歼20,歼10C,歼16也相继量产和服役,还有首批苏35也开始交付了。

第二:涡扇-10C在2016年左右也基本可以使用了,就开始适配歼20进行试飞。

综合这两个因素,就导致安装涡扇-10C航空发动机的歼20出现在网络上。

而安装涡扇-10C航空发动机的歼20的照片,在2019年之后大量出现在网络上。且在1月5日,发布的宣传片中,安装涡扇-10C航空发动机的歼20已经涂装完成开始服役了。由此可见,在后续的排产的歼20中,已经开始安装涡扇-10C航空发动机,取消AL-31FM1了。

这也就证明,歼20战斗机终于用上了“国产心脏”。从此之后,其产能就不会再受发动机的限制,想要多少就制造多少。

自从涡扇-10TVC在2018年珠海航展出现之后,就再也没有见过了。按理来说,涡既然扇-10TVC航空发动机可以公开展示出来,那么,安装在歼20上应该也没什么问题。

只是,安装涡扇-10C航空发动机服役的歼20战斗机,并没有使用矢量喷管,只不过是对尾喷管进行了锯齿化处理。

采用锯齿状尾喷管的优点就是:提高战机后部的雷达隐身和红外隐身能力。

提高雷达隐身能力很好理解,一个个的锯齿状调节片,就可以让入射过来的雷达波进行多次反射后减弱回波强度。

而提高红外隐身能力,就是缩短发动机尾焰的长度。具体原理是:两片相连的调节片之间会形成一个三棱空腔,在战斗机飞行时,外部的冷气流就会通过这个三棱空腔与发动机的尾焰相融合,从而起到降低尾焰长度的作用,也算提高了红外隐身。不过在红外成像格斗弹眼中,效果和一般的战斗机没什么两样。

像F35,歼20,苏57的所用发动机的尾喷管都是锯齿状的,这也是基于提高雷达和红外隐身能力考虑的。

那么,有了推力矢量发动机,为何歼20不使用呢?

个人觉得有以下几个原因第一,推力矢量航空发动机会损失原有的推力。一般来说,矢量喷管会损失5%-8%的推力。由于涡扇-10C航空发动机的推力在14吨—14.5吨左右,安损失5%-8%计算的话,在使用矢量喷管后,涡扇-10C的推力将降低到12.88吨—13.7吨或者13.34吨—13.8吨。

本来涡扇-10C航空发动机作为歼20的动力时,推力就不太够。安装上矢量喷管后,造成了推力损失,那动力就更不足了。所以说,以上这个也算是歼20不使用推力矢量发动机的原因之一。

第二:涡扇-10TVC还不够成熟毕竟涡扇-10TVC是在2018年出现在珠海航展的,距离AL-31FM1版歼20服役也不过一年时间,距离涡扇-10C版歼20的出现也是一年时间。即便是距离今天也只有不到3年时间。

要知道一型航空发动机的试验时间也不止3年而已,所以说,涡扇-10TVC推力矢量发动机应该还不够成熟。

所以,就先不安装歼20,即便是歼10C也依然安装的非矢量版本的涡扇-10C。尽管,现役战斗机没有安装涡扇-10TVC航空发动机,但是,并不意味着已经不对矢量发动机研究了。完全可以对矢量技术进行研究,等到彻底成熟后,安装在涡扇-15大推力航空发动机上面。届时,完全体版的歼20就可以服役了,在航电和机动性上完全超越F22,成为蓝星第一强的四代机。

现阶段歼20的性能毫无疑问的是,歼20也采用了第五代“宝石台”综合化航电系统,其与F35的航电系统在同一层次。在“先进有源相控阵雷达,EODAS,IRST,电子战,通信,导航”组成的综合航电系统作用下,歼20的整体态势感知能力将得到前所未有的提升。依靠着EODAS,IRST,被动式雷达告警系统,歼20可以在不开启有源相控阵雷达的情况下,进行探测和搜索。再结合其优异隐身能力,使得歼20可以在完全隐身状态下精确测得目标的位置。在开启有源相控阵雷达,进行窄波束跟踪锁定,为霹雳-15空空导弹提供制导信息。这样一来,歼20就可以在静默状态下发射霹雳-15空空导弹进行先发制人的打击。

在国内举行的对抗演习中,歼20对抗三代机时取得了108:0的好成绩,在对抗三代半战机时,取得了27:0的好成绩。综合来看,在超视距空战时,歼20是绝对占据优势地位的。基本上压制周边的三代半战斗机不成问题,即便遇到F35也没有丝毫的压力。所以说,歼20战斗机的出现,直接令我国空军具备了抗衡世界先进空军的能力。

在安装2台加力推力为14吨-14.5吨的涡扇-10C航空发动机时,其加力总推力为28吨-29吨。其空机推重比可在1.4-1.6和1.5-1.7,与F22战斗机1.78的空机推重比比起来,也不差多少。况且,歼20还是在使用第三代航空发动机的前提下达到的。

当加力推力为17—18吨的涡扇-15服役,那么歼20的空机推重比就可高达1.7-2之间,况且还有矢量喷管的加成。届时,歼20战斗机就可以一跃成为推重比最高,超音速机动性最强的战斗机。

有了如此高的推重比,再加上霹雳-10大离轴发射角和独特的挂载模式,即便在近距离格斗中遇到F22也可以游刃有余的对抗。由此可见,一型大推力的航空发动机,对战斗机的机动性提高有多大的好处。只不过,涡扇-15四代大推迄今为止还未能装备歼20,现在也只能依靠三代大推涡扇-10C了。

综合来看,即便是现阶段歼20战斗机,也具备了抗衡F22,稳压F35的能力。就更不用说,像F18E/F,阵风,台风,F16E/F之流的三代半战斗机。由此可见,歼20战斗机的出现,为我国空军实力的提升做出了多大的贡献。

对于一款军用航空发动机来说,在其正式定型之前,要经历从地面到空中各种大大小小种类繁多的试验,试验累计加起来的时间长达几万小时,整个试验周期短则几年,长达几年十年左右。我国的矢量技术获得了突破这不假,但距离成熟、可靠、批量应用,还有一段距离,需要进行更多的试验、时间。

显然,题主这是没搞清“突破”的意思。研制成功与设计定型、批量生产,这都是研制过程中的不同阶段,只有批量生产才意味着装备服役。2003年12月15日,刘大响院士就已证实我国自行研制的“轴对称矢量喷管”进行了台架测试。2017年12月25日,一台装有全向轴对称矢量喷管的“太行”改型(涡扇10B)涡扇发动机随歼10B的1034号验证机进行了首次飞行试验。

歼10B担当装有矢量喷管的涡扇10B型的飞行测试平台,正常情况下至少应该选择双发或者是多发飞机作为测试平台。直接选择单发的歼10B作为测试平台,在测试期间需要承担的风险相当大,一旦出现问题,后果不堪设想,这也显示了我国科工人员对装有矢量喷管的涡扇10B可靠性的信心。2017年4月,刘大响院士在接受记者采访时表示,航空发动机的研发过程就是设计、制造、试验、修改、再制造、再试验……一个不断摸索和反复完善的过程。因此,也有人说“发动机主要是靠试出来的”。

发动机试验包括两大块:先是各部件试验,试验达标后才是整机试验。整机试验需要测试的项目也很多,包括整机地面试验、高空模拟试验、环境试验以及飞行试验、装原型飞机试验等——装有轴对称矢量喷管的涡扇10B就处于“飞行试验”阶段。飞行试验需要飞行测试平台在不同飞行高度、速度、飞行姿态和不同大气条件下飞行来对发动机进行检测。在飞行测试平台检测合格后,才会装备在原型飞机上进行下一步试验。

再有一点,刘大响院士所说的涡扇10B的原型机是歼20吗?当然不是,歼20的原型机是涡扇15,安装涡扇10B只是歼20的一个过渡。如果歼20真的需要安装具有矢量喷管的涡扇10B,那也需要我国的矢量技术得到验证之后,换句话说就是,当装有矢量喷管的涡扇10B真正的成熟、可靠之后,才会考虑安装在歼20身上。儒道之主认为,这种可能性并不大,最重要的一个原因是:矢量喷管会降低发动机功率。对于歼20来说,涡扇10B的推力本就不足,安装矢量喷管,得与失难论。

2018年7月7日,刘大响院士在一次讲座中公开表示:我国第四代军用小涵道比航空发动机项目进展顺利,将在未来3至5年内设计定型。这里的“第四代军用小涵道比航空发动机”指的就是涡扇15,显然,涡扇15距离批量生产还需要一段时间。涡扇10B型发动机,是我国矢量技术的第一次应用,想要技术成熟,还需要进行更多的试验,可参考俄罗斯矢量技术的发展过程。

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