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涡桨10架构领先E2D一代,最大功率4000千瓦,国产预警机救命稻草

2024-09-16军情

这阵子空警 600 的喜讯老多啦,福建舰好像也把空警 600 的触舰复飞试验给弄完啦,这就说明空警 600 在技术方面没啥大毛病啦,能上舰开始测试啦。不过它的动力,也就是航发那儿,好像还存在点儿问题。

大家都心里明白默认它会装涡桨 6C 发动机,但实际上只有装涡桨 10 型号发动机的空警 600才是真正完整的。涡桨 10 的功率能达到 4000 千瓦呢,那可是全面超过涡桨 6C 啦,不光空警 600等涡桨 10 成熟,咱的运 30、AG600M 还有民用新舟 700 这些飞机也都在等涡桨 10 发动机呢!

今儿咱就唠唠,国产预警机的救命法宝——涡桨 10 型号发动机!

这两年咱国家航发领域那可老厉害了,涡扇 15、涡扇 19 还有涡扇 20 这些新型号发动机一个接一个冒头,能让咱空军下一代的战斗机和运输机飞得更牛啦!

但在涡桨发动机这一块儿呀,咱新一代的涡桨 10 可让无数军迷寄予厚望呢,都盼着它能直接把美国 E-2 预警机上搭载的 T56 系列发动机给超喽。可网上关于涡桨 10 的消息少得很,我就只能从一些论文里,估摸估摸涡桨 10 的结构特点和性能指标,瞅瞅它跟 E-2 预警机的 T56 到底谁更厉害。

嘿,在那【中国航空史话】杂志里呀,讲过涡桨 10 说不定会用「单转子」搭配「自由涡轮」的设计,这跟 E-2 预警机的 T56 发动机后续魔改出来的 T-406 涡轴发动机,也就是 V22 鱼鹰直升机里面那发动机的基本架构那可老像啦!

不过得清楚咱军工那可是魔改领域的绝对老大,架构类似可不意味着性能也一样。再者说这是拿涡桨 10 和 T56 的魔改型号发动机对比呢,要是涡桨 10 直接跟 T56 比,咱这发动机基本架构整整领先一代,主要性能指标上肯定全面碾压 T56 涡桨发动机!

【中国航空史话】里讲涡桨 10 的功率在 4000 千瓦上下,比 T56-427A 涡桨发动机的 3917 千瓦功率多 83 千瓦呢。不过得说清楚,E-2 预警机那 T56-427 涡桨发动机,最大功率能到 4400 千瓦呢,就是减速器能承受的扭矩有限,所以输出功率就给限制在 3910 千瓦啦。

咱涡桨 10 的 4000 千瓦呢,按理说那也就是对外公布的模糊数值,真实功率肯定得更高才对,又不可能一下子高出 1000 多千瓦,所以网上好多说涡桨 10 功率能到 5000 千瓦的消息根本不靠谱。

另外呀,涡桨 10 用了比较新的单转子加自由涡轮的设计以及前输出轴布局,所以整个发动机体积就变小巧啦。E-2D 用的那个 T56-427A 发动机长度有 3708 毫米呢,因为它除了发动机本体,还加了往上偏置的减速器,就跟汽车上的发动机加变速箱似的。

但那用单转子加自由涡轮的 T406 发动机呀,本身没减速器,整体长度能缩到 1957 毫米。涡桨 10 的本体长度,估计也超不过 2000 毫米,就算加了前面偏置的减速器,长度也不会比 E-2D 的 3708 毫米长。我估摸涡桨 10 的长度,咋着都得在 2500 毫米左右晃悠,误差超不过 200 毫米呗。

长度缩减带来的好处之一呀,那就是能让发动机整体重量变轻啦。跟 T56 系列发动机相比,咱这涡桨 10 轻个几十公斤完全没问题!

基于这些信息呐,就不难看出涡桨 10 研发有多难啦,那功率得大幅提升,体积重量还得大幅减小,使用寿命得确保比上一代发动机高,这不单单得在设计方面搞突破,在材料还有生产制造那些技术上,也得突破呀!

要是我是设计总师,涡桨 10 的总体设计方向,我也没啥更好招儿啦。没办法呀,涡桨发动机这基本构型,都六七十多年没啥大变化啦。当初喷气式发动机一出来,可给涡桨发动机领域带来老大冲击啦,全世界几乎都把航发研究重点搁喷气式发动机身上啦。啥先进技术、先进架构,先统统给涡喷或者涡扇发动机用,最后才慢慢往涡桨发动机里装。

就因为这样啊,美国 E-2 的那个 T56 以及咱们的涡桨 6 涡轴发动机呀,它们俩基本构型都属于同一代,都是单转子加定轴这种设计。

空气进发动机进气口后,顺着发动机主轴方向流,先过压气机,那一级级高速转的叶片把空气压缩、加速,弄成高速高压气体送燃烧室加热。燃烧室喷雾化燃油,跟高速高压气体混一块儿猛烈燃烧,冒出好多燃气推燃烧室后边的涡轮转。因为涡轮跟压气机同轴,所以压气机也跟着转,就这么一直吸气、压缩、燃烧、喷气。发动机转子就能不停转,弄出稳定的功率输出状态。

哎呀,这种涡桨发动机的结构那可是最简单的哟,生产制造没啥大毛病。可定轴设计有个弊端呢,你想想看呀,压气机跟涡轮都在一根轴上,这涡轮要是带着轴转得快了,压气机的转速才会跟着快起来。要是涡轮带着轴转得慢了,那压气机每一级叶片的转速也都得变慢啦。

那就是说这种设计的涡桨发动机呀,没啥自适应的本事,就适合在挺窄的高度跟速度范围里干活。想让它功率提上去,那油耗肯定得大幅往上蹿。可要是想油耗低,功率也很难有个特别厉害的数据。

这问题咋解决呀,其实没啥难的呀,原本不是把涡轮跟压气机的转速绑一块儿了嘛?我把它们分开,各干各的不就成啦,然后就有了自由涡轮、前输出轴的那种布局呗。

你瞧啊,原本不就是空气经过压气机,接着进入燃烧室喷到涡轮上嘛。自由涡轮呢,就相当于把最后的涡轮结构跟压气机给分开了,单独在燃烧室跟尾部涡轮那儿,额外又加了个燃气涡轮呗。

这涡轮跟压气机同轴转哩,高速高压气体经过燃烧室,变成高温燃气喷出去,先能带动燃气涡轮转,燃气涡轮又带动压气机转,保证有足够多的空气进燃烧室燃烧。接着高温燃气接着往后喷,到尾部那个动力涡轮那儿,能带动涡轮转。尾部这涡轮能叫自由涡轮,也能叫动力涡轮,它一转就带着桨叶一起转,最后给涡桨飞机供足动力。

但这种设计有个毛病,那就是燃气涡轮跟动力涡轮是俩转子结构,可眼下就一根轴连着压气机和燃气涡轮呢,动力涡轮得另外弄根轴跟涡桨连着,这就是后输出轴设计呗。

可问题是加一根轴后,会让发动机结构更复杂啦,重量也更重,尺寸还更大呢。那自由涡轮设计带来的性能提升,就等于被多出的这根轴带来的负面影响给抵消啦。为了去掉这额外加的这根轴,好多人都绞尽脑汁,最后办法就是大轴套小轴。

那就是说我不要后面动力涡轮额外加的那根后传动轴啦,把动力涡轮的传动轴做到连接压气机和燃气轮那根轴的里面去,就跟一根大轴里面塞了根小轴似的,大轴和小轴之间没啥连接,各自转互不干扰,这么一来等于是涡桨发动机体积重量都减少了,还不影响动力输出呢。

但付出的代价那就是发动机生产制造成本猛增呀,你瞅瞅大轴套小轴的设计,这两根轴都得能耐高温、抗形变啥的,这可就是材料学和生产制造技术能不能突破的事儿啦!

我觉着现阶段涡桨 10 老没动静没消息公布,那就是卡在前面输出轴那儿关键地方了,也就是薄壁柔性的空心轴上。这玩意儿制造难度老大了,咱国内也是到 90 年代初期才初步突破,到现在全面掌握的时间都没超过 15 年呢。

从某种角度讲啊,涡桨 10 能不能出现,就看咱早年技术积累牢不牢固。我可老盼着涡桨 10 赶紧诞生呢,可别像空警 600 似的,刚出来就因为航发问题把性能给限制住喽。

真心希望涡桨 10 这款超厉害的涡桨发动机赶紧出来呀,好让咱的空警 600 以最完美的样子,成为福建舰舰载机编队的战力大助推器!