讲武谈兵|歼-20战机换“太行”发动机,解决批量生产障碍

澎湃新闻特约撰稿 黄国志

2017-09-06 14:14 来源:澎湃新闻

字号
从发动机尾喷管调节片的外形结构来看,符合“太行”系列发动机的设计特征。
近日,歼-20战机换装国产涡扇发动机的消息成为热议的话题。一直以来,关于歼-20战机动力装置的争论与质疑总是能够吸引很多人的关注:到底是俄制发动机还是国产发动机?如果装备国产发动机,那么是“太行”还是新一代WS-15“峨眉”?随着新的歼-20战机图片的出现,答案开始变得清晰:之前各架歼-20装备的还是俄制AL-31F改进型发动机,而新的歼-20开始换装国产发动机。另外,从发动机尾喷管调节片的外形结构来看,符合“太行”系列发动机的设计特征。
换“心脏”的前车之鉴
事实上,为一架已经实现设计定型并批量装备部队的战斗机更换另一种完全不同的发动机,没有想象中的那么简单。在国内外战斗机的发展历程中,就有过不少成功与失败的例子,这里笔者举两个例予以说明。
说到喷气式战斗机换装发动机的成功案例,笔者首先想到的就是曾经称霸海空的一代天骄——美国海军F-14“雄猫”重型变后掠翼舰载战斗机。该机在研制和试飞过程中装备的是世界上第一种加力涡扇发动机——普惠公司的TF30-P412。但是,美国海军对于该型发动机的性能并不满意,其最为理想的型号是普惠公司全新研制的F401发动机。不过,由于F401发动机的研制进度远远赶不上F-14战斗机,而美国海军又极为迫切的需要后者尽快服役,最终不得不同意继续使用TF30-P412。
于是,从1974年服役开始,F-14战斗机就是一只患有“先天性心脏病”的“雄猫”,TF30-P412发动机在结构设计和可靠性上的诸多缺陷严重限制了该机作战性能的发挥。因为发动机故障导致的F-14坠机事故占所有事故的四分之一以上。以至于时任美国海军部长为此愤愤然的说:“TF30搭配F-14,可以称得上是最烂发动机与最好战斗机的组合。”后来,普惠公司多次对TF30-P412发动机进行改进,但依然未能彻底解决问题。
直到1986年GE公司研发的F110-GE-400发动机开始装备F-14B,才真正治好了“雄猫”的“心脏病”,不仅推力大幅增加,而且战机的留空时间和作战半径都提升了25%以上。不过,由于F110-GE-400发动机要比TF30-P412发动机短得多,为了适应较长的发动机舱,特别进行了改进设计,比如在加力燃烧室后部加装延长筒,并且改变了与机身固定的安装节位置。
而战斗机换发失败最为典型的案例当属英国F-4K/M。美国研制的F-4“鬼怪”Ⅱ战斗机各型号装备的都是J79系列涡喷发动机,唯有为英国海军和空军研制的F-4K/M换装了罗·罗公司研发的“斯贝”Mk202涡扇发动机。单从主要性能指标上看,“斯贝”Mk202要全面优于J79,尤其是在加力推力、耗油率等方面。但是,前者的最大直径和进气流量远远超过后者,导致F-4K/M对机身进行了重新设计,包括加宽进气口、增加侧面进气门,而且后机身也相应加粗。
英国航母上搭载的F-4K战斗机。
这一系列改进导致了F-4K/M的飞行阻力大大增加,即便是“斯贝”Mk202发动机的推力有所提升也未能予以弥补。因此,最后的测试结果显示,除了得益于耗油率降低而使得起飞性能和转场航程有所改善外,F-4K/M的最大平飞速度、加速性、爬升率以及稳定盘旋性能等指标都大大低于装备J79发动机的其他F-4改进型号。英国人对此大失所望,但是骑虎难下,最终只订购了170架F-4K/M,仅为最初计划采购总数的40%,而且很快就被英、德、意三国联合研制的“狂风”战机所取代。
以上这一正一反两个事例提醒我们,为已经服役的战斗机换装性能更好的新型发动机固然是好事,但是也要经过科学严谨的论证,否则可能适得其反。F-14战斗机换装F110-GE-400发动机,不仅重量减轻、长度减小,而且完全没有增加额外的飞行阻力,因此得以成功。而F-4K/M换装“斯贝”Mk202发动机导致主要性能下降,英国人已经看的很清楚,却出于必须使用国产发动机的“傲娇”,依然决定批量采购和装备。结果,F-4K/M在英国海军和空军中高不成低不就,尤其是无法胜任当时最为重要的高空高速截击任务,仅服役20年就全部退役。
对于歼-20这样的第四代战斗机来说,更换发动机远比第三代和第二代战斗机复杂得多,不仅包括进气道、发动机舱以及后机身结构设计的调整,以适应新发动机进气流量以及外形尺寸的变化,还要使得新发动机的FADEC控制系统与原有的飞控系统相融合,相应的飞控软件也要进行改写。同时,换发后对于战机后部RCS的影响也要进行测试并加以改进,以便保证全机的隐身效能。因此,中航工业全新生产了一架歼-20样机用于换装国产“太行”发动机的试验。从目前状态看,发动机舱与发动机之间的尺寸匹配可能还未做到最佳的优化设计。
对于歼-20这样的第四代战斗机来说,更换发动机远比第三代和第二代战斗机复杂得多。
歼-20战机为何换“心脏”?

既然为先进战机更换发动机有一定的风险且难度不小,为何中航工业会在歼-20已经定型并交付之后还要走这一步,而且换装的还是“太行”发动机,并非为歼-20配套研制的WS-15“峨眉”。笔者认为,根源很可能出在了俄方AL-31F发动机的供应问题上。
从上世纪90年代到本世纪前十年,俄空军订购的苏霍伊战机数量少得可怜,进而导致俄罗斯航空发动机企业产能严重过剩,可以充分满足包括中国在内的所有国外用户对于AL-31F发动机的订单需求。然而,随着近年来俄空天军采购苏霍伊战机数量的猛增,再加上国外订单依然不断,使得俄罗斯AL-31F发动机的三大主要生产企业——土星、乌法和礼炮的产能已经接近饱和。目前,歼-20即将进入到全速量产阶段,如果完全依靠从俄方采购AL-31F改进型发动机,恐怕难以满足需求。此外,AL-31F发动机的采购价格也水涨船高,从最初的300万美元已经升至最高500万美元以上,接近翻倍。在这两方面因素的综合作用下,为歼-20换装国产发动机以缓解量产需求的压力,自然就是唯一可供选择的办法。
从中航工业专门生产一架歼-20样机,并且换装的还是相对成熟的“太行”系列发动机来看,还是力求在最短的时间内完成该机的换发改进设计,以便把对当前歼-20量产工作的影响降低到最小。当然,歼-20装备的一定是“太行”系列发动机的改进型号,其可靠性和性能指标应该不逊于AL-31F改进型发动机,甚至可能还有所超越。
事实上,美国空军的现役主力战机——F-15和F-16也是同时装备有普惠公司的F100系列以及GE公司的F110系列发动机。而且,如果不是美国空军后来决定停止研制罗·罗与GE联合开发的F136发动机,如今的F-35“闪电”Ⅱ各型战斗机也会同时装备两种发动机。因此,同时装备俄制AL-31F改进型发动机和国产“太行”改进型发动机的歼-20在服役后,对于中国空军后勤保障来说并没有太大的影响。
阅兵式上出现的歼-20战机编队。
第二次换“心脏”值得期待

歼-20换装国产“太行”改进型发动机后,应该会在编号上与之前的歼-20有所区分。笔者推测,如果把已经服役、装备俄制AL-31F改进型发动机的歼-20称为歼-20A的话,那么换装国产“太行”改进型发动机的歼-20就可以称为歼-20B。由于“太行”系列发动机在最初装机试飞时就提出了与AL-31F系列发动机方便换装的通用化要求,包括与机身固定的安装节位置和间距都基本相同,歼-20B应该不必对机身内部结构进行较大的改动,对生产工序和工装夹具的影响也可以相应降低到最小。以中航工业的科研生产实力来看,歼-20B经过相关的优化改进设计后,1~2年就内有望实现定型并投入量产。
此外,从歼-20A和歼-20B的关系上来看,后者即便是达到了量产服役阶段,也不太可能完全代替前者。前文提到,俄罗斯同时有三家发动机企业生产AL-31F系列发动机,相比之下,国内能够生产“太行”系列发动机的只有中航工业黎明公司。而且,黎明公司生产的“太行”系列发动机还要同时供给沈飞公司,用于配装已经量产的歼-11B和歼-16等中国空军和海军急需的第三代改进型战斗机。再加上为现役歼战斗机生产备用发动机,以及未来歼-15舰载战斗机可能的换发需求,事实上中航工业黎明公司的产能也是相当饱和的。因此,目前歼-20只能以同时研制生产A、B两个型号来进行互补,而且会并存相当长的一段时间。
未来,歼-20还将面临着第二次换发,也就是正在研制中的WS-15“峨眉”发动机。由于该型发动机的全重以及外形尺寸变化更大,而且很可能配备推力矢量喷口,歼-20至少还会再进行一次大改,从而达到最初预想的全设计状态。
责任编辑:谢瑞强澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 讲武谈兵

相关推荐

评论(72)

热新闻

澎湃新闻APP下载

客户端下载

热话题

热门推荐

关于澎湃 在澎湃工作 联系我们 版权声明 澎湃广告 友情链接