隨著殲35A的正式登場,全球再一次見證了國產發動機的強大實力,美國也只能認栽,戰鬥機發動機方面,中國已經走在了美國前面。
戰鬥機的發動機,簡單來說,就是小涵道比大推力發動機和小涵道比中推力發動機,還有第六代發動機(如變迴圈發動機、爆震發動機、超燃沖壓發動機等)。
渦扇發動機給戰機提供的推力,是噴管噴射出來的燃氣和風扇推出的空氣共同發力的結果。風扇吸入的氣流,一部份被送往壓氣機(稱作「內涵道」),另一部份則直接從發動機外殼的周邊向後排出(稱作「外涵道」)。
涵道比就是渦扇發動機外部和內部空氣流量的比例。這一比例對發動機的油耗和推重比影響顯著,涵道比越高,發動機就越顯得短胖。
戰鬥機一般都追求超強的機動性和靈活性。小涵道發動機能產生更大的推力,這對戰鬥機的高速飛行和快速爬升至關重要。缺點是,這種發動機的油耗偏高。
美國最牛的小涵道比大推力發動機要追溯到90年代的F119。這款經典的五代航發擁有3級風扇、6級高壓壓氣機、1級高壓渦輪和1級低壓渦輪的設計,透過減少級數,竟然達到了和四代發動機9到10級高壓相媲美甚至更強的總壓比。整個高壓轉子幹幹凈凈,沒有多余的篦齒盤做支撐。同時,它首創了對轉渦輪(CT)技術,降低了發動機對機體的壓力,同時也減輕了重量,提高了效率。這是美國航空發動機史上的一大成功。
而渦扇15發動機的推力達到了18.5,已經超越了美國F22的小涵道大推力發動機F119。F119最初設計時推力約為15.5,經過多年的改進,現在的推力差不多是17.7,跟渦扇15的18.5相比,差距還是挺大的。可以說,渦扇15發動機毫無疑問地成了全球效能最強的小涵道大推力發動機。在F119之後,美國在小涵道大推力發動機的研發上遭遇了一些波折,原本作為小涵道比研發的F135卻涵道比過大,和F35完全不搭。而在普惠公司操刀的F135研發過程中,通用花了16年開發的F136發動機也被強制叫停,這讓美國在小涵道大推力發動機的研發上停滯不前。
在小涵道比中推力發動機領域,渦扇-19「黃山」發動機可謂是頂尖之選。這款發動機的推力大約達到12噸,而英國的EF200中推發動機僅有9噸,F414也只有10噸。如此強勁的發動機讓殲-35的最大起飛重量達到了35噸,最高飛行速度可達2.2馬赫,最大載彈量更是達到8噸,稍微遜色於殲-20戰鬥機。
中國超越美國的一個關鍵因素是,美國在過去三十年對發動機研究的執念,過於專註於變迴圈發動機,結果新發動機一直沒能問世。
現代戰爭對戰機的要求越來越高,戰機不僅要在近距格鬥中表現出色,還得具備長時間飛行和遠端作戰的能力。傳統航空發動機難以兼顧這兩方面的需求,於是變迴圈發動機應運而生。
在變迴圈技術的基礎上,最近航空發動機的研發又引入了自適應變迴圈的概念。和傳統控制技術相比,自適應控制就像一個聰明的反饋系統,能夠根據環境變化來智能調整自身特性。自適應變迴圈發動機被認為具有調節的智慧,能夠透過多種傳感器自動辨識發動機狀態,並依據實際任務需求在工作邊界內,做出聰明的判斷,調整發動機部件,從而改變發動機狀態,實作更高效、實用的飛行。
可惜的是,美國在變迴圈發動機的研究上已經研究了30年,卻依然陷入了困境,投入的資金過於龐大,讓人擔心專案可能會被叫停。
而中國就不一樣了,在未來發動機領域,中國可以說是實作了對美國的全方位超越。以爆震發動機為例,根據中國【流體力學實驗雜誌】的研究,中國專家已經成功研發出能使用普通航空燃料的高超音速爆震發動機,飛行器的速度能夠達到9馬赫。這款發動機在北京JF-12高超音速激波隧道進行了多次斜爆震發動機的地面測試,而且每次都成功。
爆震發動機將成為高超音速戰機、戰略飛機、無人機和導彈的動力來源,還將被用於軌域轉移、行星著陸以及航天器姿態控制和衛星機動等多種用途。
除了這些,雖然美國也在研究超燃沖壓發動機技術,但中國是唯一一個成功制造並且正式裝備這一發動機的國家。(美國現在還在試驗階段)!
中國在超燃沖壓發動機技術上可謂是全球翹楚。目前現有的超燃沖壓發動機主要有三種技術路徑:RBCC(火箭+超燃沖壓),TRRE(渦輪+火箭+超燃沖壓),TBCC(渦輪+超燃沖壓)。中國已經完全掌握這些技術。
其實,正是由於中國在發動機技術上的突破,才讓我們在高超音速導彈、高超音速無人機和隱身無人機等方面遙遙領先。
很多時候,我們對美軍的作戰能力有些過於自信,看看他們在紅海對付胡塞武裝的窘迫樣子,就能明顯看出美軍實力的下滑。