近日,号称为“世界最强航发”的美国GE9X发动机正式对外亮相。这款发动机在地面的试车试验中创造了61吨的推力纪录,并且运用在美国波音777客机的身上,成为美国波音777客机的动力源泉。当然,GE9X发动机的亮相也让中国看到了我们在航发领域的差距,我们必须奋起直追,来赶上这个差距。
波音777
看到成绩,正是不足,是每一个国家,乃至每一个个人对待工作和事业的正确态度。从目前的情况看,中国航发成绩很多,差距也有。我们先来看看这几年中国航发的成绩:在以前,中国大推力发动机还是一片空白。由于中国缺少足够给力的发动机,因此中国的大飞机研制一直处于空白。我们只能依靠进口伊尔76来维持空军的运力。到了后来,我们通过相关的技术突破,研发出了推力超过16吨的涡扇20发动机,这款发动机也是中国历史上第一款推力超过15吨的大涵道比发动机。有了涡扇20发动机,我们的运20也就呼之欲出。
运20
涡扇20是中国航发取得的重大突破。但是,我们绝对不能在涡扇20这里沾沾自喜,我们必须看到我们在发动机方面的不足,我们要和全球空军实力最强的国家——美国进行全面看齐。据有关资料透露,美国C17运输机的发动机推力达到了17吨,C5运输机的发动机推力20吨。这是美国目前主力运输机的发动机推力!更让我们感到震惊的是,美国集中了其浓厚的科技实力,搞出了推力达61吨的发动机,并运用在波音777客机的身上。我们可以想见,如果搭载61吨推力发动机的波音777客机用于日常的民航运输,其潜在的影响倒不大。可一旦波音777用于军事领域,其潜在影响必然难以估量。
运20
所以说,我们必须在发动机领域迎头赶上!可是话又说回来了,中国连歼20这样的隐身机都能造得出来,为什么搞一个发动机就如此的费劲呢?其实,发动机技术牵扯的领域有很多:材料科学,航空动力学,电子制造技术等等。说句大实话,仿造一架军机很容易,气动外形等要素照猫画虎就能造出来。可是,要搞出真正高水平的发动机,那可就不是仿制那么简单了。你的材料科学上不去,你的航空动力学,电子制造技术,机械加工等学科的硬指标上不去,航空发动机就是造不出我们心中理想化的水平,况且航空发动机的技术别人又不会给我们。因此,中国的航发研制就比空军战机的研制慢了很多,航发的研制还一定程度上拖累了我们空军战机的研制。
涡扇20
也正因为以上我讲的这些原因,空军花了40年时间,才得到一台12.2吨推力的太行发动机。当然了,随着我们综合国力,尤其是工业制造水平的提升,中国的发动机也在快速追赶这一差距。我们坚信,凭着中国航发科研人员的努力,中国一定能在未来打造出属于自己的60吨级超强推力发动机,并打造出中国版的超级客机“波音777”。
前几天一则关于日本最新军用喷气发动机的消息让航空君陷入深思,该消息称日本自主研发的XF9-1涡扇发动机完成了第一轮测试,其最大推力达到了15吨,这个数据已经同美国F-22战机所用的F119发动机的15.9吨非常接近了,并且XF9-1发动机的整体重量低于F119,推重比达到了9以上。(经核对,该型号发展自XF5,很多媒体错写成XF-91是完全不对的。而且这则消息是去年11月由航空周刊就已经发出了) 当然,最强军用航空发动机早已不是F119,而是推力更大达到18吨级的F135,但日本能够达到这个水平,也是令人吃惊的。
回看我国的航空发动机,一直是制约我国航空事业发展的“心脏病”,甚至歼-20,运-20也依然在使用进口发动机。先进航空发动机的缺乏,长期成为制约我国飞机性能的一块绊脚石。诚然,国产的涡扇-10已经批量装备部队,成为我国第一种成功的军用加力涡扇发动机,而涡扇-15,涡扇-20,民用的长江-1000,长江-2000都已开始进行测试,但大部分型号距离实用化还有很长一段距离要走。航空君之前也和广大军迷一样,认为中国的发动机技术和其它很多技术一样都在逐渐缩短和世界先进水平的距离,但是在查询了一圈资料后,发现未必如此。至少在公开资料上看,不是这样。
先说说战斗机用的军用大推力小涵道比涡轮风扇发动机,最先进代表无疑是美国的F135,最大推力18吨级,推重比10,也是世界上推力最大的军用发动机。已经批量装备F-35A、B、C等各个型号,装机数量可能已经超过500台。已知的我国最先进战斗机使用的军用发动机应该是涡扇-15,加力推力18千牛(越等于18吨,实际两者一个是重量一个是质量单位,不能这么直接划等号,但为了表述方便,将就一下),推重比10,实际服役时间未知。从推力数据上看,是和F135差不多的,但谁都知道发动机能够批量装机服役到成熟有个相当长的时间,在时间上涡扇-15已经落后很多了。而美国F120这样的变循环发动机已经做过实验运行,这样的新技术从公开资料上看我国还是空白。
到军用运输机使用的大涵道比涡轮风扇发动机了,涡扇-20呼声很高,也曾见到装机试验的照片,但一样还处于试验阶段,也是没有装机实际服役,所以对其实际数据一无所知。我们一直拿不到的俄罗斯PS-90A推力就达到了16吨级,除了装备IL-76,TU-214等大型飞机,在MTC这样的中型飞机上也可以装备,非常灵活。涡扇-20至少不会比PS-90差,但一样是没法实用。而俄罗斯最新一代的PD-14涡扇发动机已经开始和MC21民用运输机试飞,PD-14是种适应范围非常广的发动机,在其核心机基础上可以根据客户的具体要求研制推力在9~18吨的发动机,可用于近/中程干线客机和运输机,甚至直升机。而美国、欧洲在这方面的型号就更多了。
回到民用航空发动机上,这样的大涵道比涡轮风扇发动机研制难度更大,不光要推力大重量轻,还要远超过军用型号的可靠性和经济性。在这方面,我国的长江-1000和长江-2000发动机好像都处于八字没一撇的阶段,传说中长江-1000已经完成装配,什么时候开始试验目前达到什么状态,一点消息也没有。目前国外最先进的民用喷气发动机的代表应该是美国的GE9x和湍达XWB,GE9x推力可以达到470千牛,装备波音777X,是目前世界上推力最大的航空喷气式发动机。湍达XWB推力级别为333至420千牛,可以装备空客A350系列客机。这两型发动机的性能都达到长江系列发动机望尘莫及的地步,而且都已或是在明年就投入批量使用。装备A320NEO,波音737 MAX和C919等单通道客机的小一号的LEAP发动机更早已是满天飞了。在民用发动机上,中国航发的差距更大。
大家别忘了:涡扇-10,1978年开始预研,1987年立项,2005年12月28日完成设计定型审查考核,历时27年。F119可以说是1982年立项,1997年交付第一台生产型发动机,历时15年。最令人担心的事,莫过于目前在研的几种中国航发完成各种试验,开始批量装备时,国外新一代航发已经出现了,中国航发继续落后。
中国航发,任重而道远
航空发动机是一个战略的、高端的、高精尖的技术产品,也跟一个大国、强国的地位紧密相关。不论是哪个国家都把航空发动机的技术列为禁运、严禁出口的产品。如今能够制造完整的航空发动机的,只有联合国的五个常任理事国。甚至可以说,如今航发的意义作用堪比当年的“两弹一星”。
在航空发动机这个领域,资金的投入是成果产出的决定性因素。美苏都通过不计成本的巨额投入将自己的喷气式发动机设计和制造水平提高到了一流水平,而资金投入的减少乃至断流则直接使英俄失去了在这一领域与美国并驾齐驱的能力。对于我国来说,我国航发起步于一个百废待兴的年代,可供投入的资源自然极为有限。如今虽然已经渡过了那个困难的年代,但还需要时间来让这些年来的投资开花结果。
在对一流发动机工业的追赶上,我们几乎与法国同期起步。以法国为例,法国航空发动机真正走向成熟的标志是1990年5月斯奈克玛公司推出的M88涡轮风扇发动机,在此之前,无论是幻影F1还是幻影2000都饱受心脏病的困扰。
上世纪60年代,法国与英国就“美洲虎”攻击教练机的发动机“阿杜尔”展开合作,这也是长期只能制造单转子发动机的法国人开始接触先进技术的发端。英国劳斯莱斯负责研制燃烧室系统、高低压涡轮、低压轴、排气锥、混合器、滑油箱;法国透博梅卡公司负责其余部件。发动机部件按分工制造,然后运送到两国的总装线上进行最终装配。
从各自分工的范围可以看出,此时的合作,是由英国人挑大梁而法国人只处于从属地位。英法合作的“阿杜尔”发动机尽管性能平平,但是其应用的诸多先进技术还是为法国此后的发动机研发来带了诸多裨益。可以说,此后法国发动机可以大幅度提高涡轮前温度,多半要归功于其在“阿杜尔”发动机合作中接触到的定向凝固和单晶涡轮叶片技术。
此后,法国人又希望通过与民用发动机巨头——美国通用电气公司的合作来进军民用发动机市场。1970年代法国斯奈克玛公司与美国通用动力公司合作,准备以B-1轰炸机的F101发动机核心机GE9开发一款商用发动机。不过,由于B-1轰炸机的敏感性,美国政府驳回了这项合作。直到1973年,法国政府同意了多项由美国政府提出的苛刻条件,尼克松总统才最终放行了该项计划。
在这次合作中,法国人最终接触到了GE9核心机的关键技术,这款核心机也成为了之后M88发动机核心机的母版。从某种意义上来讲,M88可以说是美国同时期航空发动机F110、F404的法国表亲。不过,M88早期也暴露出了相当多的问题。比如,法国人的压气机性能较差,增加推力只能走提升涡轮前温度一条路,这严重限制了发动机的热端寿命。而较差的材料学基础又使这一问题雪上加霜。其标准生产型M88-2早期的维修间隔甚至只有150小时。
之后的几年里,法国人一直在和M88的可靠性做着艰苦卓绝的斗争。到2001年,M88-2取得了法国DGA国防部采购代办的认证的时候,M88-2的维修间隔也仅仅提升到了8000-1000小时。以事后诸葛的角度来看,法国M88发动机在立项之初设定的目标其实并不太符合实际。一直以来在航空发动机领域无甚建树的法国,想要凭空变出一款世界先进水平的中等推力发动机,结果步子迈的太大扯到了蛋。到最后只能用更长的时间来使这款装备真正堪用。
从M88的发展历程,我们也可以看出提升发动机的可靠性是一个极为重大的课题。关于我国发动机的可靠性,在2014年11月份,国内某媒体曾经采访了航空研究院606所的科研人员,后者表示当时某型号的使用寿命为1500小时(中俄定寿标准),定期维护间隔为300小时,这一标准现在看来确实是有些低。不过,曾经F-15、苏-27等飞机都曾因为发动机问题而成为“机库皇后”,而如今,其可靠性也都达到了一定的水准。在三年多后的今天乃至今后的一段时期,某型号是否会在可靠性方面有所突破,仍需我们持续关注。
在众多关于航空发动机话题的争论中,发动机的性能参数一直是广大军迷最为关注的话题,比如,一款发动机的推力有多大,可靠性有多好,推比有多高等等……然而航空发动机乃至任何一款工业产品的问题,显然不是仅仅靠性能参数就能做出客观评价的。毕竟,在工业革命之初,工业产品击败手工产品的根本原因就不是质量——是产量和成本。毕竟再好的东西,如果无法大批量生产、再或成本如果是别人的三到五倍,也没什么实际意义。
多年来,某型号到底行不行是很多军迷争得面红耳赤的一个话题。从当年停在停机坪上“菊花残”的歼-11B到现在数百架歼-11B/BS、歼-16全面采用某型号发动机,短短十数年间我们已经见证了某型号的“巨大”进步,但是我们仍需反思的问题是,如果某型号真的“行了”,为何还是没有能够替换“歼-10杀手”——AL-31系列成为歼-10B/C的发动机?我们或许只能用产量来解释这个问题(毕竟AL-31也不可靠)。
中国空军虽然在近年来有非常大的发展,但仍存在一些严重的问题,比如:中国战术飞机发动机国产化比率太低。确实,在航空发动机这种关键领域,如果不能实现完全的国产化,在战时就有被卡脖子的可能。而在这一方面,不仅是美俄,即使是英法,做的也比我们要好得多。
很多人喜欢从性能的角度谈中国国产的发动机到底“行不行”,但由于航发极高的保密性,我们很难掌握一款航发的第一手资料。这也使得任何关于国产发动机的争论都流于“空对空”的争吵。但其实这个问题也很简单:什么时候我们能让新生产的军用飞机都能用上“中国心”,什么时候我们的国产发动机就真的“行了”。





















