2023年3月,中國航發航材院的計畫負責人張勇在媒體上宣布,渦扇-15已經開始量產,這標誌著中國殲-20戰機終於裝備了最新型航空發動機,彌補了最後一個短板。
(WS-15)
在殲-20安裝渦扇-15引擎後,美國媒體對此表現出濃厚的興趣,並進行了多方報道。
美國軍事網站「戰區」的撰稿人安德烈亞斯·魯普雷希特曾指出,殲-20的總推力已經超過F-22戰機,使其成為全球推力最大的戰機,這一變化將為殲-20帶來三方面的影響。
中美的戰鬥機及其發動機
美國F-22戰鬥機裝備了兩台F119發動機,每台的推力為35000磅(156千牛)。相比之下,中國的渦扇-15每台的推力能夠達到36000磅(160千牛),明顯高於F119發動機。
美國還有一種F-135發動機,這款動力裝置被套用於F-35系列戰鬥機,其單個發動機的推力達到了驚人的43000磅(191千牛)。
(F-135發動機)
然而,F-35戰機的主要問題在於它只有一台發動機,而F-22和殲-20則配備了雙發設計。
因此談到總推力時,裝備了渦扇-15發動機的殲-20顯然已成為全球推力最大的戰鬥機。
需要強調的是,F-35戰機存在許多問題。盡管其動力系統相當出色,但根據美國五角大廈測試辦公室2021年的報告,這款戰機仍有871項缺陷,因此並不能算是一款合格的戰鬥機。
(F-35 fighter jet)
主要存在兩個較為嚴重的問題,其中之一是戰鬥機的機體強度不夠。
為了讓F-35更具價格競爭力,以吸引「盟友」購買,美國在這款戰機的機身結構上到處采取了成本削減措施,這造成了F-35在機體強度上存在顯著缺陷。
在2020年,這款戰機被曝出無法進行高速度飛行。若F-35戰機的超音速飛行時間超過1分鐘,便會因機身震動導致隱形塗層與尾部天線受損。
此外,由於機體強度不足,F-35無法快速提升飛行高度,這樣可能會損害機翼和尾翼,甚至導致戰機解體。
其次,F-135的涵道較低。
涵道比影響著戰鬥機的動力表現。較大的涵道比雖然能提高燃油效率,但可能會削弱爆發力,從而使戰機在空中格鬥時的靈活性受到限制。
相對而言,涵道比越低,發動機的爆發力會更強,從而使戰鬥機在空中優勢上更具競爭力。
因此,空優戰鬥機的發動機通常要求更低的涵道比,以便在空中交戰時獲得更大的優勢。
與之相比,美國F-22戰機所搭載的F119引擎涵道比約為0.3,而F-35戰機使用的F135引擎,涵道比大約為0.57,顯著高於F-22所用的動力系統。
(搭載F119發動機的F-22戰鬥機)
出現這種現象的原因在於,F-135發動機是在F-119發動機的基礎上研發而成,並且其涵道比有所增加。
美國認為F-35戰機對高速飛行並無必要,因此要求這款發動機具備更大的單台推力,並且更加節能,導致了F-135航空發動機采用了較大的涵道比。
總體而言,F-135發動機的推力確實很強大,但其並不是由於美國在航空技術上明顯領先於中國相關領域的結果。這款發動機是在追求更高推力的過程中犧牲了其他效能。
另外,F-35戰機自身存在的問題,使其難以充分利用F-135發動機的高推力優勢。
殲-20的三項變化
當中國的殲-20裝備渦扇-15引擎後,將會在三個方面發生變化。
首先,殲-20具備超音速巡航能力,它可以在不使用加力推進的情況下,以1到1.6馬赫的速度進行巡航飛行。
這一變化將使殲-20能更迅速地到達戰場,快速與敵方交涉。
(殲-20戰鬥機)
其次,殲-20的發動機在使用成本方面得到了降低。
盡管渦扇-15采用了更先進的技術與更新的工藝,但理論上其生產成本會高於殲-20之前使用的渦扇-10系列發動機。
渦扇-15在使用壽命、維護周期和故障率等方面也具備顯著優勢,因此其整體使用成本在整個生命周期內會更為低廉。
第三點是殲-20的續航能力得到了提升。
渦扇-15在推力方面比渦扇-10系列有所增強,同時整體油耗也會減少。
換句話說,進行100公裏的跑動時,渦扇-15所需的燃油更少。
在保持內油量不變的情況下,裝備渦扇-15發動機的殲-20可以飛得更遠,這大幅提升了其續航能力和作戰半徑。
殲-20的內建油量結合外掛油箱,作戰半徑可達到2000至3000公裏,這個距離能夠到達關島附近。
換裝渦扇-15發動機的殲-20,將能夠在整個第二島鏈內展開作戰。
可以說,渦扇-15的單台推力雖然低於美國的F-135航發,但由於戰鬥機本身的差異,以及F-135航發在設計上的一些權衡,渦扇-15在實戰中的可靠性要高於F-135。
中國航空發動機技術的進展
目前,中美在軍用航空發動機方面的技術差距實際上已經縮小了許多。
這一情況在中美的下一代航空發動機研發中得以體現。
目前,外界普遍認為六代機將采用變迴圈發動機。因此,變迴圈發動機的研發行程也反映出中美在航空發動機領域的技術水平。
對於這種新型發動機,中美兩國已經開始了競爭,各自都有相應的研發計畫。
(迴圈發動機概念示意圖)
這樣的情景在20世紀是難以想象的。畢竟在90年代,中國還依賴於渦噴發動機,而美國早在1979年就已投入使用F-16A戰鬥機,且在渦扇發動機技術方面已經達到世界領先水平。
可以認為,上世紀90年代,美國在軍用航空發動機技術上至少領先中國兩個世代。
直到1975年,中國仍在努力從英國引進斯貝渦扇發動機,期望借鑒其技術以自主研發渦扇發動機。
隨著渦扇-10系列航發在中國的問世,中國航空發動機的技術水平才開始與美國20世紀80至90年代相媲美。
隨著渦扇-15的問世,中國航空發動機的技術水平終於與美國持平。
如今,中國在最尖端的航發技術領域已能與美國展開競爭,這充分體現了中國在過去幾十年間迅速發展的能力。