随着歼35A的正式登场,全球再一次见证了国产发动机的强大实力,美国也只能认栽,战斗机发动机方面,中国已经走在了美国前面。
战斗机的发动机,简单来说,就是小涵道比大推力发动机和小涵道比中推力发动机,还有第六代发动机(如变循环发动机、爆震发动机、超燃冲压发动机等)。
涡扇发动机给战机提供的推力,是喷管喷射出来的燃气和风扇推出的空气共同发力的结果。风扇吸入的气流,一部分被送往压气机(称作「内涵道」),另一部分则直接从发动机外壳的周边向后排出(称作「外涵道」)。
涵道比就是涡扇发动机外部和内部空气流量的比例。这一比例对发动机的油耗和推重比影响显著,涵道比越高,发动机就越显得短胖。
战斗机一般都追求超强的机动性和灵活性。小涵道发动机能产生更大的推力,这对战斗机的高速飞行和快速爬升至关重要。缺点是,这种发动机的油耗偏高。
美国最牛的小涵道比大推力发动机要追溯到90年代的F119。这款经典的五代航发拥有3级风扇、6级高压压气机、1级高压涡轮和1级低压涡轮的设计,通过减少级数,竟然达到了和四代发动机9到10级高压相媲美甚至更强的总压比。整个高压转子干干净净,没有多余的篦齿盘做支撑。同时,它首创了对转涡轮(CT)技术,降低了发动机对机体的压力,同时也减轻了重量,提高了效率。这是美国航空发动机史上的一大成功。
而涡扇15发动机的推力达到了18.5,已经超越了美国F22的小涵道大推力发动机F119。F119最初设计时推力约为15.5,经过多年的改进,现在的推力差不多是17.7,跟涡扇15的18.5相比,差距还是挺大的。可以说,涡扇15发动机毫无疑问地成了全球性能最强的小涵道大推力发动机。在F119之后,美国在小涵道大推力发动机的研发上遭遇了一些波折,原本作为小涵道比研发的F135却涵道比过大,和F35完全不搭。而在普惠公司操刀的F135研发过程中,通用花了16年开发的F136发动机也被强制叫停,这让美国在小涵道大推力发动机的研发上停滞不前。
在小涵道比中推力发动机领域,涡扇-19「黄山」发动机可谓是顶尖之选。这款发动机的推力大约达到12吨,而英国的EF200中推发动机仅有9吨,F414也只有10吨。如此强劲的发动机让歼-35的最大起飞重量达到了35吨,最高飞行速度可达2.2马赫,最大载弹量更是达到8吨,稍微逊色于歼-20战斗机。
中国超越美国的一个关键因素是,美国在过去三十年对发动机研究的执念,过于专注于变循环发动机,结果新发动机一直没能问世。
现代战争对战机的要求越来越高,战机不仅要在近距格斗中表现出色,还得具备长时间飞行和远程作战的能力。传统航空发动机难以兼顾这两方面的需求,于是变循环发动机应运而生。
在变循环技术的基础上,最近航空发动机的研发又引入了自适应变循环的概念。和传统控制技术相比,自适应控制就像一个聪明的反馈系统,能够根据环境变化来智能调整自身特性。自适应变循环发动机被认为具有调节的智慧,能够通过多种传感器自动识别发动机状态,并依据实际任务需求在工作边界内,做出聪明的判断,调整发动机部件,从而改变发动机状态,实现更高效、实用的飞行。
可惜的是,美国在变循环发动机的研究上已经研究了30年,却依然陷入了困境,投入的资金过于庞大,让人担心项目可能会被叫停。
而中国就不一样了,在未来发动机领域,中国可以说是实现了对美国的全方位超越。以爆震发动机为例,根据中国【流体力学实验杂志】的研究,中国专家已经成功研发出能使用普通航空燃料的高超音速爆震发动机,飞行器的速度能够达到9马赫。这款发动机在北京JF-12高超音速激波隧道进行了多次斜爆震发动机的地面测试,而且每次都成功。
爆震发动机将成为高超音速战机、战略飞机、无人机和导弹的动力来源,还将被用于轨道转移、行星着陆以及航天器姿态控制和卫星机动等多种用途。
除了这些,虽然美国也在研究超燃冲压发动机技术,但中国是唯一一个成功制造并且正式装备这一发动机的国家。(美国现在还在试验阶段)!
中国在超燃冲压发动机技术上可谓是全球翘楚。目前现有的超燃冲压发动机主要有三种技术路径:RBCC(火箭+超燃冲压),TRRE(涡轮+火箭+超燃冲压),TBCC(涡轮+超燃冲压)。中国已经完全掌握这些技术。
其实,正是由于中国在发动机技术上的突破,才让我们在高超音速导弹、高超音速无人机和隐身无人机等方面遥遥领先。
很多时候,我们对美军的作战能力有些过于自信,看看他们在红海对付胡塞武装的窘迫样子,就能明显看出美军实力的下滑。