歼35A的亮相再次彰显了我国国产发动机的强大实力,这一成就也让世界为之侧目。美国也不得不正视一个令人惊讶的事实:在战斗机发动机领域,中国已经超越了美国。
战斗机发动机,通常分为小涵道比大推力发动机、小涵道比中推力发动机,以及第六代发动机(涵盖变循环发动机、爆震发动机、超燃冲压发动机等)。
涡扇发动机为战机提供推力,这一推力源自喷管喷出的燃气和风扇排出的空气相互作用产生的反作用力。
风扇将吸入的气流一部分送入压气机(称作「内涵道」),另一部分则直接从发动机机壳外围向后排出(称作「外涵道」)
涵道比是衡量涡扇发动机外涵道与内涵道空气流量比例的指标。这一比例对发动机的燃油消耗率和推重比有着显著影响。通常情况下,涵道比数值越高,发动机的结构越趋向于短而粗。
战斗机设计注重极致的机动性和灵活性。采用小涵道比发动机能够提供更强的推力,这对于实现高速飞行和快速爬升等高机动性动作至关重要。然而,这种发动机的缺点在于其燃油消耗相对较大。
美国在90年代推出的最先进小涵道比大推力发动机为F119,该发动机是五代机航发的典范。它采用了3级风扇、6级高压压气机、1级高压涡轮以及1级低压涡轮的设计。这种设计通过较少的级数,实现了与四代发动机中9到10级高压压气机相当甚至更优的总压比。
高压转子完全无需额外的篦齿盘作为支撑点,结构简洁。
同时,该发动机首次引入了对转涡轮(CT)技术,有效降低了发动机对机体产生的应力,并在减轻重量和提升效率方面发挥了积极作用。
这是美国航空发动机历史上最为成功的发动机。
涡扇15发动机的推力达到185,已超越美国F22所采用的F119发动机。F119发动机在设计之初的推力约为155,经过长期发展,其推力提升至约177,但与涡扇15的185推力相比,仍存在一定差距。
涡扇15发动机无疑成为了全球性能最为卓越的小涵道大推力发动机。
在F119发动机之后,美国在小涵道大推力发动机的研发方面遭遇了诸多挑战。原本旨在提高小涵道比的F135发动机,却因为其涵道比过大,与F35战斗机不匹配。此外,在普惠公司对F135发动机的研发过程中,历时16年开发的F136发动机也被迫取消,这使得美国在小涵道大推力发动机的研发上陷入停滞。
而在小涵道比中推力发动机上,涡扇-19「黄山」发动机。
这无疑是当前全球性能最卓越的小涵道比中推力发动机。涡扇19的推力达到约12吨,显著高于英国最先进的中推力发动机EF200的9吨推力,以及F414的10吨推力。
歼-35战斗机凭借其强大的发动机,具备35吨的最大起飞重量和22马赫的最高飞行速度。此外,其最大载弹量达到8吨,仅稍逊于歼-20战斗机。
中国能够超越美国的一个重要因素是,美国在过去30年的发动机研发中,过分专注于变循环发动机,这导致了新发动机的缺失。
在现代战争中,战机面临更高的性能要求。它们不仅要具备高速和高机动性的近距格斗能力,还需同时具备长航时和大作战半径的远程作战能力。
传统航空发动机难以同时兼顾这两种能力需求。
因此,变循环发动机应运而生
变循环发动机,即通过调整传统发动机中部分部件的几何形状、尺寸或位置,来达到实现不同热力循环效果的燃气涡轮发动机。
涵道比通常是指外涵道空气流量与内涵道空气流量的比值。
一般来说,涡喷发动机和涡扇发动机的比值均保持恒定。
变循环发动机的一大不同,就是能视情改变发动机的涵道比,根据需要在小推力、低油耗的「涡扇」模式和大推力、高油耗的「涡喷」模式之间自由转换,使战机达到最佳的作战飞行效果
在循环变技术的基础上,近年来航空发动机研发领域涌现出了一种新的概念自适应变循环技术。
与传统控制技术相比,自适应控制可被视为一种能够根据环境变化智能调整自身特性的反馈控制系统。
自适应变循环发动机具备智能调节功能,能够通过多种传感器自动监测发动机状态。它根据实际任务需求,在发动机的工作边界内,自动进行判断并调整发动机部件,以此改变发动机状态,实现更实用、高效的飞行。
尽管美国在变循环发动机领域的研究已持续30年,但遗憾的是,该国在这一领域遭遇了困境。加之投入成本过高,目前正面临研究项目可能被终止的风险。
中国在与美国在发动机领域的竞争中展现出了显著的优势,特别是在未来发动机技术方面。以爆震发动机为例,中国专家依据【流体力学实验杂志】发表的论文,已成功研发出能够使用普通航空燃料的高超音速爆震发动机。这种发动机能使飞行器的速度达到9马赫。该发动机已在北京JF-12 高超音速激波隧道中进行了多次斜爆震发动机地面试验,并均取得了成功。
爆震发动机未来将作为高超音速战斗机、战略飞机、无人机、导弹等武器装备的动力源。此外,它还将应用于轨道转移、行星着陆、航天器姿态调整和卫星机动等领域。
除此之外,虽然美国同样掌握了超燃冲压发动机技术,但中国是唯一实现超燃冲压发动机成功装备的国家。相比之下,美国目前仍处于技术试验阶段。
中国在超燃冲压发动机技术领域取得了显著成就,处于世界领先地位。
目前市面上所见的超燃冲压发动机主要分为三大技术路径:火箭助推冲压发动机(RBCC)、涡轮火箭超燃冲压发动机(TRRE)以及涡轮超燃冲压发动机(TBCC)。
事实上,中国在发动机领域的突破,正是中国在高超音速导弹、高超音速无人机、隐身无人机等领域实现领先的关键因素。
我们往往过分估计了美军目前的作战实力。以美军在红海地区应对胡塞武装的行动为例,其表现显得有些手忙脚乱。这一现象足以反映出美军当前实力的相对减弱。