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美國沒有想到,戰鬥機發動機,中國不僅實作領先,還能卡美軍脖子

2024-11-18軍情

殲35A的亮相再次彰顯了中國國產發動機的強大實力,這一成就也讓世界為之側目。美國也不得不正視一個令人驚訝的事實:在戰鬥機發動機領域,中國已經超越了美國。

戰鬥機發動機,通常分為小涵道比大推力發動機、小涵道比中推力發動機,以及第六代發動機(涵蓋變迴圈發動機、爆震發動機、超燃沖壓發動機等)。

渦扇發動機為戰機提供推力,這一推力源自噴管噴出的燃氣和風扇排出的空氣相互作用產生的反作用力。

風扇將吸入的氣流一部份送入壓氣機(稱作「內涵道」),另一部份則直接從發動機機殼外圍向後排出(稱作「外涵道」)

涵道比是衡量渦扇發動機外涵道與內涵道空氣流量比例的指標。這一比例對發動機的燃油消耗率和推重比有著顯著影響。通常情況下,涵道比數值越高,發動機的結構越趨向於短而粗。

戰鬥機設計註重極致的機動性和靈活性。采用小涵道比發動機能夠提供更強的推力,這對於實作高速飛行和快速爬升等高機動性動作至關重要。然而,這種發動機的缺點在於其燃油消耗相對較大。

美國在90年代推出的最先進小涵道比大推力發動機為F119,該發動機是五代機航發的典範。它采用了3級風扇、6級高壓壓氣機、1級高壓渦輪以及1級低壓渦輪的設計。這種設計透過較少的級數,實作了與四代發動機中9到10級高壓壓氣機相當甚至更優的總壓比。

高壓轉子完全無需額外的篦齒盤作為支撐點,結構簡潔。

同時,該發動機首次引入了對轉渦輪(CT)技術,有效降低了發動機對機體產生的應力,並在減輕重量和提升效率方面發揮了積極作用。

這是美國航空發動機歷史上最為成功的發動機。

渦扇15發動機的推力達到185,已超越美國F22所采用的F119發動機。F119發動機在設計之初的推力約為155,經過長期發展,其推力提升至約177,但與渦扇15的185推力相比,仍存在一定差距。

渦扇15發動機無疑成為了全球效能最為卓越的小涵道大推力發動機。

在F119發動機之後,美國在小涵道大推力發動機的研發方面遭遇了諸多挑戰。原本旨在提高小涵道比的F135發動機,卻因為其涵道比過大,與F35戰鬥機不匹配。此外,在普惠公司對F135發動機的研發過程中,歷時16年開發的F136發動機也被迫取消,這使得美國在小涵道大推力發動機的研發上陷入停滯。

而在小涵道比中推力發動機上,渦扇-19「黃山」發動機。

這無疑是當前全球效能最卓越的小涵道比中推力發動機。渦扇19的推力達到約12噸,顯著高於英國最先進的中推力發動機EF200的9噸推力,以及F414的10噸推力。

殲-35戰鬥機憑借其強大的發動機,具備35噸的最大起飛重量和22馬赫的最高飛行速度。此外,其最大載彈量達到8噸,僅稍遜於殲-20戰鬥機。

中國能夠超越美國的一個重要因素是,美國在過去30年的發動機研發中,過分專註於變迴圈發動機,這導致了新發動機的缺失。

在現代戰爭中,戰機面臨更高的效能要求。它們不僅要具備高速和高機動性的近距格鬥能力,還需同時具備長航時和大作戰半徑的遠端作戰能力。

傳統航空發動機難以同時兼顧這兩種能力需求。

因此,變迴圈發動機應運而生

變迴圈發動機,即透過調整傳統發動機中部份部件的幾何形狀、尺寸或位置,來達到實作不同熱力迴圈效果的燃氣渦輪發動機。

涵道比通常是指外涵道空氣流量與內涵道空氣流量的比值。

一般來說,渦噴發動機和渦扇發動機的比值均保持恒定。

變迴圈發動機的一大不同,就是能視情改變發動機的涵道比,根據需要在小推力、低油耗的「渦扇」模式和大推力、高油耗的「渦噴」模式之間自由轉換,使戰機達到最佳的作戰飛行效果

在迴圈變技術的基礎上,近年來航空發動機研發領域湧現出了一種新的概念自適應變迴圈技術。

與傳統控制技術相比,自適應控制可被視為一種能夠根據環境變化智能調整自身特性的反饋控制系統。

自適應變迴圈發動機具備智能調節功能,能夠透過多種傳感器自動監測發動機狀態。它根據實際任務需求,在發動機的工作邊界內,自動進行判斷並調整發動機部件,以此改變發動機狀態,實作更實用、高效的飛行。

盡管美國在變迴圈發動機領域的研究已持續30年,但遺憾的是,該國在這一領域遭遇了困境。加之投入成本過高,目前正面臨研究專案可能被終止的風險。

中國在與美國在發動機領域的競爭中展現出了顯著的優勢,特別是在未來發動機技術方面。以爆震發動機為例,中國專家依據【流體力學實驗雜誌】發表的論文,已成功研發出能夠使用普通航空燃料的高超音速爆震發動機。這種發動機能使飛行器的速度達到9馬赫。該發動機已在北京JF-12 高超音速激波隧道中進行了多次斜爆震發動機地面試驗,並均取得了成功。

爆震發動機未來將作為高超音速戰鬥機、戰略飛機、無人機、導彈等武器裝備的動力源。此外,它還將套用於軌域轉移、行星著陸、航天器姿態調整和衛星機動等領域。

除此之外,雖然美國同樣掌握了超燃沖壓發動機技術,但中國是唯一實作超燃沖壓發動機成功裝備的國家。相比之下,美國目前仍處於技術試驗階段。

中國在超燃沖壓發動機技術領域取得了顯著成就,處於世界領先地位。

目前市面上所見的超燃沖壓發動機主要分為三大技術路徑:火箭助推沖壓發動機(RBCC)、渦輪火箭超燃沖壓發動機(TRRE)以及渦輪超燃沖壓發動機(TBCC)。

事實上,中國在發動機領域的突破,正是中國在高超音速導彈、高超音速無人機、隱身無人機等領域實作領先的關鍵因素。

我們往往過分估計了美軍目前的作戰實力。以美軍在紅海地區應對胡塞武裝的行動為例,其表現顯得有些手忙腳亂。這一現象足以反映出美軍當前實力的相對減弱。