出品:科普中国

在这种背景下,1996年初,江和甫协同刘大响院士负责组织“九五”国防重大背景的预研项目——某新型涡扇发动机关键技术预研工作。组织完成R-79发动机的核心机的测绘仿制工作;R-79发动机的高压压气机、燃烧室、涡轮三大核心部件等比例的测绘仿制工作。进行理论方法、计算方法和试验方法的探索研究;以突破先进部件关键技术为主,重点围绕三大高压部件等比例全尺寸试验件的工程设计和试制及试验以及其相关的强度、控制等系统进行综合应用研究,在三大核心部件的测绘仿制中,大胆倡导采用了航空动力许多前沿设计技术成果和大量应用新材料、新工艺,从而突破了120余项关键技术。

问:ws-15“峨眉”航空发动机是什么水平?

  策划:白 璐

航空发动机作为“航空之花”,可以说是航空技术和工业积累的完整体验。而中国的现代化工业起步比国外晚,技术也比较落后,这让中国的航空发动机水平和中国航空整体水平相比较低,但按照水桶理论,中国航空发动机的短板影响了整个航空工业的实力,而我国在外销战斗机有些机型使用国外发动机,也有被国外扼喉的可能,发展中国的先进发动机是中国航空工业急需解决的问题。最近,一组歼20战斗机照片,引起国内外媒体高度关注,那就是正在陕西西安试飞的歼20战斗机的发动机发生很大变化,据悉,一架歼20战斗机的两台发动机不同,其中一台是国产去呢FWS-10B“太行”改进型发动机。金沙9159登陆 1歼20据了解,目前,歼20战斗机除了这架实验飞机之外,其它飞机全部装备俄制AL-31FN发动机,不过,中国航空人一直没有在这个问题上放松,早在2013年,中科院出炉一份战略研究报告,报告中披露了在未来10年中国可以研发一款航空发动机,可以改变中国航空发动机落后现状。而这款航空发动机采用了全新原理,使用自主创新的新型增压原理,可大大提升发动机的推重比。目前来说,中国的“涡扇-10”太行发动机的推重比在8左右,而最新的“涡扇-15”峨眉发动机的推重比在10左右,和国际先进的航空发动机相比仍然有差距,比如美国F22上使用的F119发动机推重比达10.2,而F35使用的F135发动机达到了11.7。而中国的全新技术采用系统发展压缩系统气动、结构设计方法,构建新的高推重比航空发动机体系,在这个体系的帮助下,中国可以通过新原理研发新型航空发动机,推重比可以达到15。除了战斗机用小涵道比高推重比的涡扇发动机外,中国在大涵道涡扇发动机、直升机用涡轴发动机等方面依然和世界有较大差距。运20和直10等先进机型都是由于发动机的不足而不能发挥全部的能力。而近些年,中国也加强了和国外先进发动机制造工厂的合作,试验新型大涵道比涡扇发动机以及新型的涡轴发动机。未来中国航空工业存在的先进机型造出来却要等先进发动机的现状可能会扭转。现在距离2013年的报告已经过去3年,中国的航空发动机行业又有了更新的进步。军事专家雷泽告诉记者,虽然最近有消息称,中方自行研制的FWS-10B“太行”改进型发动机获得了成功,已经设计定型,但FWS-10B发动机的最大推力只有不到13.3吨,而俄制AL-31FN-M1发动机达到了14.6吨,这些发动机对于歼20战斗机来说,推理上还远远不够,未来歼-20的原配发动机——WS-15发动机还需要进一步加快研制速度。歼-10战斗机使用的发动机叫做太行发动机,也叫涡扇10系列发动机。太行发动机的研制始于上世纪八十年代末,2005年12月28日完成设计定型审查考核,历时18年。太行发动机是中国首个具有自主知识产权的高性能、大推力、加力式涡轮风扇发动机,它结束了国产先进涡扇发动机的空白。太行发动机由中国606所研制,是国产第三代大型军用航空涡轮风扇发动机。采用大推力函比及全自动数字化控制系统,最大推力不超过12000公斤。目前主要用于装备中国第三代高性能歼-10战斗机。从歼20首飞发动机声音判断,绝对是新型的大涵道比发动机,它的涵道比超过歼10、SU27和F22三种战机。流传的视频显示了“歼-20”的起飞过程,从中看到,起飞时并没有看到发动机尾部的喷火,这足以显示中国“歼-20”的发动机喷口红外隐身技术已达到了世界一流。据资料显示,F-22同样使用了先进的红外隐身技术,通过喷流冷却矩形喷口,垂尾、平尾、尾撑向后延伸,可遮蔽发动机喷口的红外线辐射。在炽热喷流飞出尾喷口前就得到了降温,因而红外特征显着降低。而歼20的发动机喷口竟然如此完美,很多外军专家看后都表示不可思议。有消息称,歼20用的发动机是WS-15大推力发动机!但外界对该型发动机的性能表示怀疑,其中噪音最大的要数来自美国,在美国人眼里中国应该是一事无成才对,就凭中国闭门造车能够研制出最新一代航空发动机简直就是天方夜谭。果真如此吗,这只能说美国人高傲自大惯了,说句最通俗的话就是,美国的误判已经形成其的专利,没必要去争辩。WS-15全称涡扇15“峨眉”
涡扇发动机,是为我国第四代重型/中型战斗机而研制的小涵道比推力矢量涡扇发动机。WS-15主要用于双发重型隐身战斗机歼-20。WS-15由606所、624所、614所、410厂、430厂和113厂等单位专家组织研制。“峨眉”航空发动机的技术验证机在2006年5月首次台架运转试车成功。这标志着我国在自主研制航空发动机的道路上又实现了历史性跨越,在研制我国第四代中型战斗机的征程上迈出了坚实的一步。2011年中航黎明完成了ws-15验证机的交付。保节点是2020年完成研制。WS-15发动机技术数据:最大加力推力:16186.5daN,中间推力:10522daN,加力耗油率:2.02kg/daN/h,中间耗油率:0.665kg/daN/h,推重比:8.86,空气流量:138kg/s,涵道比:0.382,总增压比:28.71,涡轮进口温度:1477℃,最大直径:1.02m,长度:5.05m,质量:1862.3kg。WS-15发动机在试飞时的推重比是8-9,而后期发展计划是10,水平大体在中上游。单按推重比和推力来算,排名如下美F-119为11.7俄AL-41为11.1美F-135为10+欧EJ-200为10.2中WS-15为9-10研发背景中俄于1992年春天开始展开艰苦谈判,在经过3年的拉锯之后,因为俄罗斯的经济状况很差,用于军工科研的经费很少很少,又因为在92年明斯克马丘丽莎会议雅克-141被终止后,R-79发动机没有了使用对象,又没有其他的战斗机使用此发动机,所以“联盟”航空发动机科研生产联合体的经济状况很差,在这种状况下,1995年6月,中俄签订了转让R-79发动机生产许可证的协定。1996年8月,俄罗斯的“联盟”航空发动机科研生产联合体向中国方面交付了R-79发动机的全套设计图纸及技术资料
,特别是引进了制造R-79发动机核心机的生产设备及生产制造工艺资料。遗憾的是用于雅克-141的R-79B-300发动机矢量喷管技术却没有得到。后来,1998年亚洲金融危机时俄罗斯经济也陷入多重危机,中国此时不仅购买了用于雅克-141的R-79B-300发动机矢量喷管技术,同时也取得了莫斯科联盟航空发动机科技集团研制的推力为20吨的R179-300发动机设计方案和R-79M的设计图纸和技术资料。R179-300发动机这台发动机是为垂直起飞歼击机雅克141研制的R-79V-300发动机的进一步发展。在这种背景下,1996年初,江和甫协同刘大响院士负责组织“九五”国防重大背景的预研项目——某新型涡扇发动机关键技术预研工作。组织完成R-79发动机的核心机的测绘仿制工作;R-79发动机的高压压气机、燃烧室、涡轮三大核心部件等比例的测绘仿制工作。进行理论方法、计算方法和试验方法的探索研究;以突破先进部件关键技术为主,重点围绕三大高压部件等比例全尺寸试验件的工程设计和试制及试验以及其相关的强度、控制等系统进行综合应用研究,在三大核心部件的测绘仿制中,大胆倡导采用了航空动力许多前沿设计技术成果和大量应用新材料、新工艺,从而突破了120余项关键技术。624所在取得了莫斯科联盟航空发动机科技集团研制的推力为20吨的R-79-300发动机设计方案和R-79M的设计图纸和技术资料后,
研制了YWH一30—27核心机,YWH一30—27核心机就是以R-79发动机核心机为基础进行深度开发的.CJ-2000是以YWH一30—27核心机为基础进一步开发的,WS-15是CJ-2000的型号研制的代号。而就歼20试飞是在万众瞩目,且还有美国防长眼睛在盯着的情况下,能毫不犹豫一飞升天,说明了我们的发动机设计人员已有了充分的自信,这种自信将成为中国四代提前列装中国空军的一种保证,相信歼20试飞已经获得了很大的数据收获,同时为中国新一代战机和航空发动机打下坚实的烙印,向世界证明,中国军工世界一流,并有望与美英法争夺新一代航空发动机桂冠。

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  作者:瑷敏工作室

涡扇15“峨眉”作为歼20的定制品,是继涡扇10之后我国要攻克的下一座高峰,随着涡扇10的成熟,峨眉的轮廓变得越来越清晰,要想挑战世界最高水平的F119,除了不能有眀显的短板,还必须要有一两手绝活才行,提高航空发动机的性能无非就是在加大推力的情况下减轻重量。

  监制:光明网科普事业部

先看增推,增推主要有两种途径,一是高压比,涡扇10之所以迁延日久,很大程度上是受制于高增压比带来的一系列问题,尤其是喘振,提高增压比最直接的手段就是提高压气机转速,但一味提高转速不可取,当压气机的转速过快,就会在转子叶片的叶背处产生气流分离,当气流分离严重时,转子将失去压缩能力,即无法将气流压向后方,而压气机中的气压都是后面级高于前面级,无法将气流压向后方,就意味着后面的高压气体将倒流到前面,这就是喘振,它发生时,气流会沿压气机轴向发生低频率大振幅的气流震荡,这种震荡能量巨大,会使压气机的叶片产生强烈的震动,使叶片在短时间内发生严重损坏甚至断裂。且压气机一出现问题,飞机有极大可能会停车迫降,迫降的成功率是多少,大家都心知肚眀,另一方面,总压比一旦超过30,难度会呈指数级增加,进一步提高总压比有些得不偿失,涡扇10的压比已经达到了很高水平,在这方面留给涡扇15的空间不大。

  太行,是一个永恒的话题。这个号称“天下之脊”的山脉,中国第一台大推力涡扇发动机以此命名,其含义不言自明。航空工业被比作现代工业的“皇冠”,而在航空装备中,最受关注的当属航空发动机,因此更被称为现代工业“皇冠上的明珠”。

增推的另一个途径是提高涡轮前温度,较高的涡轮前温度,可以提高不加力推力,这对于超音速巡航有直接作用,还可以提高燃烧效率,降低油耗,可缓解小涵道比带来的巡航油耗高的问题。但一味提高涡轮前温度,将对发动机热端部件的寿命造成影响,缩短翻修间隔时间,早期涡扇15的大修间隔可能比较难看。现今西方国家使用的耐高温材料为镍基耐高温合金,而中国另辟蹊径,为涡扇15研制出的新型高温高性能铌钛铝合金,能承受1600-1800摄氏度度的高温,由于铌钛铝合金的密度大约只有镍基合金的一半,使用它制造发动机高温部件,可以大大减轻发动机的重量,从而极大提高了发动机的推重比。

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至于减重,除上述的铌钛铝以外,继承自涡扇10的高低压转子对转结构,也减轻了传递到机匣的载荷,使其能做得更轻。

  长期以来,一直有人不理解,为什么我们造得出“长征”火箭、“神舟”飞船,造得出“北斗”卫星、“枭龙”、“猛龙”,却偏偏造不出先进的航空发动机。

另外,歼20巨大进气道的迎风面积和超长的机身,使得涡扇15可以比F119大一圈空气流量,多几级压气机,虽然增加了些阻力和重量,但收获更大,使涡扇15在总体落后的情况下,各顶指标与F119持平。

  如今,随着国产改进型“太行”发动机的试验成功,该型发动机已经经历了无数次地面和空中考核,得到了试飞员“该型发动机性能优于国外同类发动机”的高度认可。航空发动机本就不是一日之功,“太行”如今已成我国航空工业自主创新的代名词,这样一颗澎湃有力的
“中国心”,对我国空军和航空工业的建设发展具有里程碑式的重要意义。

相信有了太行的工程经验,WS15会非常顺利,我们期待着完全状态的歼20早日放飞蓝天。

  将登太行雪满山

总体而言,中国的航空发动机水平,继涡扇10的望其顶背之后,又迎来了涡扇15的贴身紧逼,经历了黑暗中无数的艰难与彷徨后,终于看到了黎明的曙光。

  航空发动机这一“工业之花”,是高度技术密集型产品,但长期以来,我国研制的航空发动机多为苏制或欧美发动机的仿制或逆向工程,那么自主研发的发动机就真的没有吗?当然有,但其中有半途而废的涡扇6,也有时至今日仍处于攻坚期的诸多型号。这并不是说我国的航空发动机工业不行,而是因为这是一个需要经验和积累的行业,中国航空工业人从零开始白手起家,达到今天的水平已实属不易。

涡扇15发动机是我国专门为第五代战斗机研发的一款大推力小涵道比涡轮风扇发动机,他的性能可以比肩世界上推力最大的发动机F135,他堪称是我国新一代战斗机性能的保障,在世界上也属于性能领先水平。

  2005年12月28日,我国自行设计研制、具有自主知识产权的第一台大推力涡扇发动机——“太行”呱呱坠地。正如诗中所言,“将登太行雪满山”,真的研制出“太行”发动机,其难度可谓超乎想象。我国航空工业人历经数十年艰苦攻关,突破了数十项核心关键技术,攻克了200多个重大障碍和技术难题,才在世纪之初研制出这颗强健的“中国心”。“太行”发动机采用了带进气可变弯度导向叶片的三级风扇、多级静子可调的压气机,带有复合冷却技术叶片的高压涡轮、弯-扭组合气动设计的低压涡轮、平行进气和分区分压供油的加力燃烧室,设计性能已经达到较为先进水平。

图为美国F135大推力航发,他是世界上推力最大的战斗机航发,涡扇15的推力已经和他平齐。

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就拿推力来说,涡扇15发动机的推力为18吨,而我国目前已经装备部队的推力最大的发动机太行WS10B也不过是14吨的推力,因此涡扇15发动机的最大领先之处就在于可以为飞机提供充沛的动力,帮助战斗机作出机动灵活的动作,尤其是在飞机的速度上更是一大提高,要知道超音速巡航能力和超音速机动能力是第五代战斗机不可或缺的能力。

  我国的航空发动机事业,是从上个世纪70年代开始初步摸索,到上个世纪80年代才正式起步的。那时候,我国在航空动力方面与西方发达国家的差距已经拉到20年以上。上个世纪50、60年代,我国虽然从苏联引进了几型发动机进行生产,但苏联只转让生产图纸,且多为即将淘汰的落后型号,即使我们花再大的代价也买不来航空发动机的核心技术,自主创新是唯一出路。“太行”发动机也叫涡扇10系列,从1978年开始预研,1987年正式立项,2001年在一架苏-27战斗机上完成首次试飞,直到2005年完成设计定型审查考核,2006年3月24日正式设计定型,前后历时19年之久。“太行”发动机的研制成功,标志着我国在自主研制航空发动机领域实现重大跨越,对加速我国航空发动机事业跨越式发展打下了坚实基础,也对加强国防现代化建设具有十分重要的意义。

图为装备太行发动机的歼16战斗机,太行发动机已经量产超过400台,装备了上百架我国国产重型四代战斗机。

  终究是一颗“中国心”

其次是涡扇15发动机在三维失量尾喷上非常先进。我国正在歼10B战斗机上测试一款新兴的隐身轴对称三维矢量尾喷管,该尾喷管可以帮助飞机发动机的喷射气流偏转,并且因为采用了15片收敛片,因此对尾部排气的聚集效果比F22战斗机使用的偏流板形式更好,储存了飞机发动机的推力,因此涡扇15发动机可以帮助我国新一代战斗机,比如歼20具备矢量机动能力。

  大推力发动机是战机的“心脏”,在这方面我国长期依赖国外进口,突破技术瓶颈装上“中国心”,是航空工业多年的夙愿。目前,“太行”发动机改进型号已经完成了全权限数字电子控制系统的研制,可从发动机的传感器中获取数据,对发动机进行改变喷口面积、监控发动机状态、诊断故障等一系列复杂控制,同时推力也增加到了14吨。改进型的“太行”发动机已经装备于歼-10C战机上,技战术指标进一步增强。从此之后,包括歼-11、歼-16、歼-20等后续型号战机都将获得一颗智能的“中国心”,同时还有14吨级的澎湃动力。

图为太行WS10发动机。

  从航空发动机发展来看,基本可分成三大类。推力在3吨以下的为小推力发动机,推力在6-9吨的为中推力发动机,大推力发动机的推力一般在11-15吨级,“太行”无疑是一款大推力级发动机。依据装配对象的不同,“太行”系列包括涡扇10、涡扇10A、涡扇10B、涡扇10C、涡扇10D等诸多型号。其中,老版本的“太行”是一种采用三级风扇、九级整流、一级高压、一级低压也就是所谓的“3+9+1+1”结构的大推力高推重比低涵道比先进发动机,加力燃烧室采用V形加径向混合型火焰稳定器,尾喷管是收敛-扩张可调喷管控制系统,下一步将进一步换装国产全向推力矢量喷管。

但是涡扇15发动机也绝非全是优点,作为我国以追求战斗机战术性能为主开发的一款发动机,涡扇15发动机也存在我国之前几款航空发动机普遍存在的可靠性不足的问题,这一问题还需要长期的实践去解决,比如他的发动机全寿命仅3000小时左右,低于F35战斗机的F135发动机的5000小时,这是我国需要着力赶超的地方。

  当然,一提起“太行”,就有一个在中国军迷口中流传甚广的“‘太行’行不行”的故事。确实,在诞生之初“太行”发动机质量上一直不稳定,对我国主力战机的飞行安全带来了一定隐患,这主要与当时中国航空工业所掌握的技术水平有关。现如今的航空发动机多工作在高温、高压、高转速条件下,工作寿命要有数千小时,可靠性也要很高,这对设计、加工以及航空材料的要求非常高,即使涡轮盘上出现零点几毫米的安装误差,发动机的性能也会降低10%。早期的“太行”发动机尚未使用国外第三代航空发动机广泛采用的单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘,更加剧了航空发动机落后于飞机型号的局面。

图为涡扇15发动机的设想图。

  目前,在此前“太行”发动机初始型号上未曾使用的单晶涡轮叶片和整体粉末冶金涡轮盘等关键技术,均已突破技术瓶颈开始规模化生产,将进一步提升中国航空发动机的整体制造水平。目前,改进后的“太行”发动机推重比已经得到显著提升,同时还存在相当巨大的改进空间。航空发动机的研制本就是一个不断改进的过程,从设计定型到成熟动辄二十年甚至更长。稳步前进的“太行”有实力成为国产新一代战机的主要动力。

不过由于涡扇15发动机的核心机是我国国产的,因此不存在太行发动机那种直接带入部队的故障病根,随时有问题都可以发现是什么地方的问题,毕竟太行发动机的核心机是测绘仿制,一旦出现问题还不能从核心机上进行修改,导致很多问题长期得不到有效解决。所以,对于涡扇15发动机,我们还是要有信心的,毕竟他是一款凝聚了我国航空人多年心血的世界一流航发。

  厚积只为瞬间爆发

歼-20还存在最后一个短板,就是发动机和超音速巡航能力。歼-20了采用前置鸭式布局,小展弦比大三角翼,这种布局的最大优点是激波阻力小,有利于高速飞行,在1.2至1.8马赫范围之间具有性能优势,但由于目前配套发动机WS-15还没有成熟,正在使用的AL-31FN发动机和改进型WS-10太行发动机都没有足够推力让歼-20具备超音速巡航能力。未来歼-20隐身战机装备WS-15“峨眉”发动机后,它的飞行性能的确会有较大幅度的提升。

  2007年1月,配装“太行”发动机的国产歼-11B重型战斗机顺利完成定型审查,标志着中国在自主研制航空发动机方面实现了从中等推力到大推力的跨越,从涡喷发动机到涡扇发动机的跨越,从第二代发动机到第三代发动机的跨越。可以说,经过长达数十年的补课,历经数十年的辛酸,厚积的我国航空发动机工业只为这一刻的瞬间爆发。

众所周知,现阶段歼-20隐身战机仍然是使用升级改造后的俄制AL-31F涡扇发动机和国产WS-10“太行”系列发动机,尽管它们的推力有所增加,使用寿命,可靠性都有提升,但实际上这两款发动机仍然是第三代发动机,和美国的F100系列发动机属于同代产品,推重比大约为8。而且F100系列发动机早在1974年就开始在F-15战斗机上装备使用,并进行一系列升级改进后达到完全成熟可靠状态。而中国的WS-10“太行”系列发动机是在2010年以来才逐步堪以大用,并推出多种改进升级型号,比F100系列发动机差不多迟了30年。

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WS-15“峨眉”发动机则属于标准的第四代发动机,推重比为10,预计其单台最大可能突破16吨,和美国F-22A隐身战机装备的F-119发动机基本处于同一水平,两台WS-15“峨眉”发动机足以让重型的歼-20隐身战机拥有澎湃动力,意义非凡。

  歼-11B

特别是WS-15“峨眉”发动机作为一款为歼-20隐身战机研发的专用发动机,还将采用特殊的一些设计,例如其不仅可能会采用推力矢量喷管,还会采用锯齿结构以及特殊制造材料,以提升歼-20隐身战机的后部隐身能力。简而言之,未来装备WS-15“峨眉”发动机后,歼-20隐身战机现阶段推力不足的问题将迎刃而解,它的后部隐身性能较低的问题也将得到改善。

  航空发动机之所以被比作现代工业“皇冠上的明珠”,就是因为其在一定程度上集中了现代工业的顶尖技术和工业成果。航空发动机的研制,必须借助大量的经验数据,且这些数据只能靠自己试验获得。这其中,购买原材料、加工试验件、研制试验设备、研究试验技术都需要消耗大量的物资和能源。这也难怪过去50年,美国投入航空发动机的预研经费就超过1000亿美元,尤其是装备美国F-22战机的F119发动机,从最初的部件研究到具备完全作战能力历经32年,其中仅验证机研制和原型机研制就投入了多达31亿美元。当然,航空发动机研制虽然“烧”钱,但研制成果运用的时间也很长,国际上经常出现一些型号的航空发动机成型后三四十年还在使用,我们研制“太行”发动机也必须经历这样一段艰辛过程。

唯一的问题是,未来即使WS-15“峨眉”发动机研发成功后,中国仍然不能“松了一口气”,原因是现阶段美国在航空发动机领域又取得了突破,在去年美国普惠公司宣布,F-35系列隐身战机装备的F-135发动机的推力成功突破了20吨大关,再次刷新世界记录。不仅如此,其使用寿命、可靠性、燃油经济性以及可维护性都有提升,普惠公司还将进行提升其最大推力。同样是在去年,美国空军还和通用动力、普惠两个航发巨头签署新合同,它们将同时为美空军研发下一代战斗机使用的发动机,预计其性能将比现有的发动机高出数倍,这自然需要中国继续保持奋勇直追了。

  “太行”发动机的研制成功,绝不仅仅是一种型号的发动机这么简单。“太行”发动机不仅可作为战斗机的动力之源,其未来的大涵道比加力改型可用于轰炸机,大涵道比无加力型可用于大型运输机,衍生而来的船用燃气轮机可以作为驱逐舰等大型水面舰只的主动力。在研制过程中,我们充分吸取了“美军标制”和俄制发动机的技术经验,意味着国产海空主战装备的“心脏病”将得到全面解决。同时,“太行”的诞生过程也是锻造中国研发航空动力顶尖人才的过程,我国从此开始拥有一支能够独立研制大推力航空发动机的人才队伍和创新团队,这对于我国航空动力事业来说是无比重要的起点。

我国航空发动机制造技术已达到世界先进水平

航空发动机是被誉为现代工业“皇冠上的明珠”,一个国家航空发动机的研制制造能力,是一个国家科技,工业,经济以及军事实力的重要体现。

目前能够独立制造航空发动机的国家不多,特别是大推力涡扇发动机的国家更是屈指可数,到目前为止能够独立研发制造大推力涡扇发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国、法国、中国,另外还有日本算半个,因为日本的XF9-1大推力发动机正处于原型阶段,并未服役。

▲歼20试装WS-10B发动机

我国国产大推力发动机是“太行”,目前已经大批量装备歼11B,歼16,太行的改进型歼20也进行了试装。但“太行”发动机并不是我们最先进的,最先进的是即将装备的WS-15发动机。

▲太行发动机尾部节

WS-15发动机是我国歼20配套研发的大推力发动机,具备超音速巡航能力,并且有可能将安装三元矢量推力装置,从各方面来看,WS-15已经进展到相当阶段,预计2020年将会列装,涡扇15发动机的研发成功,将使得我国先进发动机制造技术有望赶超欧洲,仅次于美俄。

▲航展上曝光的未知先进型号发动机

  如果一种战机的零配件都需要大量依靠进口,就必然会影响生产效率。“太行”的问世为实现国产新型战机动力装置自给提供了保障,加速了人民空军航空武器装备的跨越式发展,同时也有助于提升我国在国际军火市场的竞争实力。目前,我国已经开始研制第四代涡扇15高性能航空发动机,将优先满足歼-20、歼-31、运-20及未来大型轰炸机的使用需求,为国产战机追赶世界先进水平奠定坚实的基础。(以上图片来源于网络)

WS-15性能如何呢?对于先进发动机最关键就是推重比和可靠性。

歼20目前最大的短板就是发动机推力不足,推重比小。目前歼20的发动机是AL31F最新的M2型号,推重比在7.5左右,试装的WS-10B推重比也在7.5左右,两者最大加力推力都在145千牛左右。由于推重比小,所以无法真正超音速巡航。

▲现役歼20装备的AL31FM2发动机

此前媒体说歼20能超音速巡航,指的应该是开加力的情况下,开加力耗油大而且对发动机损伤大,并非真正意义上的超音速巡航。美国的F22,F35都可以在不开加力下实现超音速巡航。而WS-15作为歼20的标配,推重比从WS-10B的不足8提升到10,提升巨大,虽然具体推力数据保密,但是推重比达到10,推力必然不低,足以让歼20实现真正超音速巡航。

目前达到推重比10的发动机不多,包括F-119(F22)、F-135(F-35)、EJ-200(台风)、AL-41F、产品30(研发试装)、WS-15以及日本原型阶段的XF9-1。由此可见WS-15在世界上是非常先进的。

▲我国现役最先进的发动机是苏35的AL-41F

除了推重比外,最重要的就是可靠性。我国首款大推力涡扇发动机太行发动机在服役之处出现过喷零件的情况,虽然后来这个问题已经得到改善,但不可否认我国大推力涡扇发动机的可靠性依旧不足。WS-10发动机设计寿命只有1200小时,但是经过改进后寿命达到4000小时,大修时间也从原来的200小时提升至500小时,比起同等的俄罗斯AL-31F系列有巨大提升,相信WS-15的寿命也将会再次延长,可能达到5000-8000小时之间,有望超越EJ-200发动机,即便如此,相对于F119最新型号和F135发动机12000小时以上的使用寿命来说差距还是比较大的。

▲顶级发动机F-135,看起来就如同工艺品

综上,总的来说,WS-15发动机的性能是非常先进的,能在起步比别人晚得多的情况下,取得如此成绩是很了不起的,但是相对于顶级发动机仍旧有不少差距。美国已经开始着力研究下一代新型变循环发动机,已进展到相当的程度,所以在赶超先进发动机的道路上,我们任重道远。

WS一15峨眉航空发动机是什么水平?

这个问题是全体十三亿中国🇨🇳人民都十分关切的一个问题。因为这款发动机承载了🇨🇳中国航空领域科学家和工人几十年心血与汗水。我可以负责任告诉广大读者,正向中国🇨🇳在人工智能领先或追平美国,在高铁🚄,互联网+及其它领域领先或追平美国一样,我国新一代发动机,也是世界一流水平。

我把发动机照片及数字放在最后面。依据公开的相关数据与资料,媒体靠谱报道,我从四个方面回答问题。

第一个方面是:WS一15峨眉航空发动机简介。

WS一15全称涡扇15峨眉涡扇发动机。是为我国第五代战机而研制的小涵道比推力矢量发动机,主要用于第五代双发隐身战机歼一20。由6O6所,624所,614所,41O厂,430厂和113厂等单位专家工作人员组织研制,在2OO6年5月首次台架运转试车成功。目前在测试和改进中,很快即应用和批量生产阶段。它标志着我国在自主研制航空发动机道路上又实现了历史性跨越。2O11年中航黎明完成了WS一15验证机的交付。保节点是202O年彻底完成研制。

第二个方面的问题是:WS一15技术参数(公开)简介。

加力推力:161865一181373N,

中间推力:10522daN,

加力耗油率:1.98Kg/daN/h,

中间耗油率:0.67Kg/daN/n,

推重比:9.7一10.87,

空气流量:138Kg/S,

涵道比:0.25,

总增压比:30.5,

涡轮进口汶度:1850K,

最大直经:1.02M,

长度:5.05M,

质量:1633.7Kg。

以上公开技术数据,我们比较美国F22隐身战机,中国🇨🇳歼一20隐身战机发动机还差什么?我们做为中华民族一份子,应当为祖在航空领域快速进步高兴与自豪!

第三个方面的问题:WS一15发动机结构系统简介。

进气口:采用全钛结构环形进气匣,带18个可变弯度的进气口导流叶片,空气防冰设计。

风扇:采用3级轴流式实心钛合金叶片,可拆换,增压比约4.01,3级静子和转子均为三维流设计。

高压压气机:采用6级轴流设计,增压比7.16。

燃烧室:采用短环燃烧室,双通路喷嘴,实现无烟燃烧。

高压涡轮:采用单级轴流式,第三代单晶涡轮叶片材料,部件采用单元结构设计,由五个组件组成。

低压涡轮:采用单级轴流式,与高压转子对转。

加力燃烧室:采用整体设计,中心环形火燃稳定器,12段,可自由膨胀,可更换。

尾喷管:采用全程可调收敛,扩张三元矢量喷管。装有先进陶瓷基复合材料的尾喷管调节片。

金沙9159登陆,控制系统:采用推力和矢量由双余度全权限数字电子控制系统控制(FADEC),按风扇转速和核心机压比调节发动机工作,有故障隔离功能。

通过上述系统介绍,我们知道,我国这款发动机是全球领先水平。

第四个方面问题:比较与评估。

美国F22隐身飞机✈️,俄罗斯隐身飞机✈️,中国🇨🇳歼一2O隐身飞机✈️,发动机比较,美国F22发动机整体性能不会高于俄罗斯隐身发动机和中国🇨🇳歼一2O发动机,因为美国F22发动机是二十年前设计的,控制系统比中国🇨🇳俄罗斯🇷🇺两国低配。其它指标基本相同。

我个人认为:配歼一2O的WS一15发动机,会让战斗力完胜F22,有两点,一个是三维矢量控制,一个是二维矢量控制,当然三维矢量控制占上风。一个是二十年前控制系统,一个是目前控制系统,当然歼一20能完胜F22。

以上内容,会给读者满意答案。谢谢各位读者!

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传了5年之久的涡扇-15发动机,到底实体机长啥样呢?

涡扇-15“峨眉”发动机,我们至少听闻这款发动机代号已经5年。这款发动机欧诺个2013年年底陆续有小道消息传出中国要积极进行研制后,我们发动机领域终于可以赶超一把了。但实际上我们看到已经过去5年了,涡扇-15暂时还是没有曝光自己的实体机和原型机,一切数据仅仅是我们猜想的。

涡扇-15“峨眉”发动机最为主要的用户就是中国歼-20隐身战斗机。因为歼-20隐身战斗机使用的俄罗斯制造的AL-31FN发动机太寒酸了,基本达不到我们军迷设想那种,类似F-22战斗机,强劲的动力,长达半个小时的超音速巡航等等。

中国涡扇-15“峨眉”涡扇发动机当初的性能指标,肯定和美国普惠F-119相当,这就是F-22战斗机使用的发动机,并且大大领先美国普惠的F100发动机。F-100这款发动机是目前美军F-15动力装置,也是美国曾经最强大的动力。涡扇-15“峨眉”涡扇发动机推力据称可以超过18吨,推崇比超过9。帮助歼-20隐身战斗机想F-22战斗机一样,超音速巡航半个小时之久。涡扇-15“峨眉”涡扇发动机最后取代俄制AL-31,成为中国未来战斗机的主要动力。

但是现实就是我们如何发展涡扇-15“峨眉”发动机。当下我们自己的涡扇-10发动机在产量上确实不是那么多,歼-10、歼-20服役型号暂时都没有安装。这导致了中国战机仍然严重依赖俄罗斯进口发动机。涡扇-15“峨眉”发动机如果能即使出现,那么将大大帮助中国解决重要的发动机问题,我们还需要加把油!

WS-15“峨眉”属于第四代大推力涡扇发动机,整体性能与F119类似,甚至部分性能有些超出。

由于WS-15发动机的还未服役,所以其性能只能根据F119推测出来,根本无法知道具体的性能数据。即便是有,也是猜测的,所以说WS-15的性能只能大概说一下。WS-15发动机的军用推力近110千牛,最大加力推力推力近160千牛,寿命近8500小时,推重比在10左右。以上数据只是推测,估计和F119在伯仲之间,差也差不多,强也强不多。

WS-15的涡轮叶片和涡轮盘使用的材料已经不逊于F119

WS-15发动机的高低压涡轮叶片和涡轮盘会使用国产第三代单晶高温合金DD409。其性能相比国际上的美、日等国的CMSX-10、TMS-75也一点不差。DD409单晶高温合金是由铪、铼、钨、钼等大量合金元素制成的,其耐高温、抗氧化、抗疲劳、抗腐蚀等性能。也就是说,DD409单晶高温合金在近1200度以上的超高温环境下也有较高的强度,不会因为温度的急剧变化而发生形变。也正是DD409单晶高温合金的应用,才使得WS-15发动机的整体性能赶上F119。

WS-15具有成本优势

要知道,TMS-75和CMSX-10单晶高温合金中,使用了不少的稀有金属“铼”。而铼的价格可是极高的,这也造成美国和日本的第三代单晶高温合金的造价居高不下。而DD409单晶高温合金中“铼”的含量要少于CMSX-10和TMS-75,这就直接使DD409单晶高温合金的造价降低,也就是说WS-15的价格要比F119便宜。

可以说,WS-15发动机是赶上国际第四代大推力发动机,拉近与国际发动机最先进技术的产物。

WS-15发动机赶上了F119,同时也解决了歼20战斗机动力不足的境地,只是这些需要WS-15发动机装机使用才行。目前WS-15的状态究竟发展到了哪一步,外界是不会知道的,究竟多久才能装上歼20,还是个未知数。自己发展的同时,别人也没闲着,F135发动机的最新改进型号推力已经达到了20吨的级别。但国产第四代,第五代单晶敢问合金估计也在紧锣密鼓的研制中,研制出赶超F135最新型号的发动机也只是时间问题。不能否认的是,WS-15是令国人扬眉吐气的一型发动机。

WS15有一个更漂亮的名字,名唤“峨眉”。所谓峨眉天下秀,有了它,我们的“威龙”,才能有一颗强大的龙之心,如今它正在成为数以万计的科学家、科技工作者和工程技术人员,竭力攀登的一座山峰。它光辉的日出,将迎来我国骨干战斗机歼-20绚丽的明天。所以也请记住它的名字——峨眉。

“峨眉”的地位。总听见人们说我们航发差距很大,不知以为“峨眉”是什么,作为五代战斗机的心脏,可与世上任何航发强国等肩并类的一型发动机,也可以公开地说,“峨眉”的成功,即意味着我们完成了追赶。其意义无论怎么估计,都不过份,只是需要一点点时间。这一时间的节点,就在三年以内,三年以内说明什么,从差距20年直接清零,我们不再战斗机航发上落后,三年对比20年,可以说是短暂,反映了我们技术进步的快节奏,进步巨大,成就斐然。

发动机的真正难点。说到发动机,内行人一向总在说,是材料、装配和实验,材料技术是瓶颈,而装配和实验需要时间。这话是不错的了,但魂舞大漠的认识是,机制、人才和资金。机制理顺了以后,比如我们成立了航发集团,就是向理清机制迈出的一大步。机制不顺,有重复建设的问题,有不能集中力量的通病,发展缓慢在所不免。人才不能快速成长,首在机制,要有一个安心的环境,来促使人才队伍成长。资金当然,没有钱,什么事也干不了,做不成,如今我们算是有了一点钱的,只要坚持持续高投入,就没有过不去的火焰山。我们的发展正能说明,一通百通,一顺皆顺。

涡扇-15具备和美国F-22战机搭载的F-119发动机相当的推力,最大推力有望达到90多kN,最大加力推力能达到150kN。涡扇-15也是歼-20能够实现超音速巡航、超常规机动的实力保障。如果涡扇-15达到上述标准,应该和世界第一种四代机F-22搭载的F-119处于同一水平线上。

只要动力足,板砖也能上天。毫无疑问,航空发动机是制约我们战斗机发展的最大瓶颈之一。而涡扇-15则肩负着装备在我军第五代战斗机歼-20上的重要使命。目前,涡扇-15已经完成原型机,正在进行机载和长时间运用测试的最后阶段。之前预计2025年后会正式装备,如果进展顺利,涡扇-15有望提前服役。

早在1990年代,我国便启动了涡扇-15的研发计划,目前仍处于高度保密阶段。发动机可谓决定战斗机起降、巡航、机动等重要飞行特性。当前,世界上战斗机推力最大的是F-35搭载的F135型发动机,其最大推力达124.5kN,最大加力推力更是高达191.3kN,这比F-22搭载的F119还要强悍不少。研发一款发动机也不是一件容易的事儿,曾有消息透露,2015年底,四川江油的某型发动机历时一个多月调试,才完成首次试验试车。

我国战斗机发动机长期以来俄罗斯,其中俄罗斯苏-27搭载的AL-31F就是其中的典型代表。AL-31F是俄罗斯“土星”科研生产联合体股份公司生产的一款带加力燃烧室的涡扇发动机。苏-27一亮相便技惊四座,在1986年至1988年间,苏-27共创下27个世界纪录。1989年苏-27还在法国巴黎航展上展示了普加乔夫的眼镜蛇机动动作。而这一切的背后都离不开强劲发动机。歼-20能够实现什么样的性能表现,同样离不开涡扇-15。

军事爱好者都知道,一款战机的性能很大程度上都取决于其所用的的发动机,有道是“只要发动机推力够,板砖也能飞上天!”而目前,歼-20战机的性能很大程度上就局限在来发动机上!

一直以来,高性能航空发动机的缺失一直是制约我国航空工业发展的最大“瓶颈”之一,特别是我国的第五代战斗机歼-20和FC-31,他国的五代机(如美国的F-22、F-35俄罗斯的苏-57)目前使用的都是第四代小涵道比涡扇发动机,而我们歼-20和FC-31用的还是第三代。

很长一段时间,歼-20因为发动机的问题一直被外媒嘲讽称不是第五代战斗机。所以,歼-20想要发挥出其真正的性能,换装第四代大推力小涵道比涡扇发动机是迫在眉睫!我国第四代大推力小涵道比涡扇发动机也就是涡扇-15发动机,代号“峨眉”,目前网上准确的消息比较少。

从一些已知消息来看,涡扇-15是由沈阳发动机研究所和西安航空发动机公司联合研制的,目前已经研制多年,从年初的报道来看,涡扇-15已经生产了03批,不过还尚未应用于歼-20战机!

根据12年传出的测试数据来看,涡扇-15的最大推力达到了18吨,推重比达到了9-10,相比于涡扇-10B发动机14吨的推力和7.5的推重比有了很大的提升,并且会采用单晶空心耐高温涡轮叶片,大幅度提升国产发动机的寿命!

另外,从18年珠海航展中航展出的视频可以看出,涡扇-15是三元矢量发动机,并非早期网友们想象的与F-22类似的二元偏转矢量发动机,三元矢量发动机尾喷口可以实现360度的偏转,在机动性方面比二元矢量更具优势。

最后,工程院院士之前称“制约我国航空发动机发展的已经不是材料和资金,而是设计!”从我国的DD405单晶空心耐高温涡轮叶片生茶合格率也达到了50%也能验证这一点。虽然涡扇-15的性能以上非常先进,但在设计上只是跟随欧美的提出的理念,而美国新搞出的F-135发动机推力达到了20.4吨,寿命更是达到惊人的8000-12000小时,差距还是很明显的!

按照五代机发动机的最低水平(F119)——最大推力10吨,加力15吨的话,基本是可以达到的。米格-31的D-30最大推力就是10吨,加力15吨。AL-41(30型)有望达到这个水平。

涡扇15的重点和难点是提高最大推力。主要依靠两个途径——增加空气流量和提高燃汽温度。

提高空气流量一种是加大发动机直径,这样会增加重量,不能提高推重比,燃气温度也不会提高。

另一种办法是提高压缩比。提高压缩比不能依靠增加压气机级数,那样也会增加重量,而是提高单级压缩比。这样就会增加燃气温度。现在发动机涡轮前温度已经提高到1500°C以上了。考验的就是涡轮叶片制造技术:冶金、铸造、精加工、冷却。

直径一米的发动机要想达到15吨(147kN)推力,需要空气流量达到87公斤每秒,涵道比0.6,涡轮前温度1800K,压缩比30