我国大推力航空发动机的水平如何?
要说我国大推力航空发动机的水平,那么我就要先说清楚大推力航空发动机的标准了。就按现在通行的标准看,推力大于10吨的单台航空发动机就属于大推力航空发动机了,在这个方面,世界上只有中美俄三个国家拥有这样的发动机。
图为正在测试的美国F135发动机,图中发动机已经加力全开,可见其尾焰内已经产生了马赫环。
有人说那欧洲呢?不是说英国法国航发很厉害嘛?确实很厉害,但是他们没有制造出大推力的航空发动机这也是不争的事实,英国最大推力的EJ200发动机也不过9吨推力,站在了门槛上,法国的M88发动机更是只有8吨,日本目前最大推力的航发XF5-1加力推力才5吨,确实他们都没有大推力航发。
图为英国罗罗公司的EJ200发动机,装备在台风战斗机上,最大推力9吨左右,属于一种中推力发动机。
就目前看来,世界上推力最大的航发是美国的F135,他的推力达到了18吨,下来是美国的F119,他的推力达到了15.5吨,这两款发动机分别装备了美国的F35和F22两款战斗机,这两款发动机颇有些渊源,基本可以把F135看作是F119的扩大涵道比、提高涡轮前温度的增推型号。接下来是俄罗斯的117S发动机,他的推力是14.5吨,他是目前世界上现役唯一的三维矢量尾喷发动机。
图为我国的太行WS10A发动机,推力为13.2吨。
再下来就到了我国了,在F135、F119、117S之后,是我国的太行WS10B发动机,推力为14吨,他是我国目前单台推力最大的发动机,装备于歼11B、歼15、歼16和歼20,但是寿命较低,故障相对比较多,不过他比俄罗斯的117S强的一点是,他采用了全权数字化操控技术,俄罗斯的117S仍然是机械操控发动机。接下来就是F110、AL31、太行WS10A发动机了,推力为12--13吨之间,这些发动机普遍装备于现在的四代机。
图为正在测试中的我国新型三维矢量发动机。
所以要说我国的大推力航发水平如何,以上就是一个简短的排队和总结了,这里需要说明一点,虽然我国的大推力航发弱于美俄两强,但是仍然确实比欧洲强,所以那些说英法日航发怎么样厉害的,可得先去翻一下资料了,看看他们有没有大推力航发再说吧。
我国大推力航空发动机的水平如何?
2016面美国航空工业推出专用与大型飞机的GE9X大涵道比航空发动机,让全世界见识到了什么是全球第一的水平。这种发动机推力达到了10万磅(超过了45.3吨)的水平,而目前美国最大的飞机"播音777-300"系列使用的发动机最大推力仅有98000磅,如果配备四台GE9X播音777就增加了将近一万磅的推力,性能肯定会大幅度的提高。不过,要说这种发动机是专为播音777这种大飞机研发的产品也说不过去,推力98000磅的PW4098已经足够满足播音777的需要,仅仅是一万磅的推力提高不值得美国付出巨大心血研发GE9X,它的用途肯定还是军用飞机。
美国现有的军用发动机大多都是双发或者四发,著名的C-17环球霸王运输机使用的四台"PW2040"发动机,最大推力也就41200磅。这就意味着只需要一台GE9X就可以推动一架环球霸王的基本运转,而我国的购买的伊尔-76运输机,使用的D-30Pk-2型航空发动机单台推力仅有12吨,只要有一台GE9X大型发动机就可以满足一架伊尔-76的满载起飞任务,也就是说美国人开发这种超级发动机最重要的并不是为播音777提高那一万磅的推力,而是进一步简化军用运输机的发动机数量,用更少的发动机数量取得燃油经济性和使用简单化,这也是未来军机发展的必然趋势。
而我国涡扇家族发动机师从与俄罗斯,根据俄罗斯为伊尔-76替换的最新D-30PK-3型发动机15吨的推力计算,我国蓄势待发的涡扇-20发动机最高的潜力也就15吨左右,另一款涡扇-18的水平还会更低。因此说我国航空发动机推力水平相比国家制高点还有想到大的差距。诚然,配备涡扇-20的运-20将在各方面性能上超越伊尔-76,但是它毕竟是一款老爷机超越它的实际意义并不大,我国必须研制出类似GE9X那样的大推力发动机才能满足未来需求。不仅是军用运输机在民用大飞机领域也是如此。
美国的播音747使用的发动机最大推力是普惠公司的4000系列的PW4062型,其推力63300磅大致相当于25吨的水平,而我国的C919能选用的国产发动机仅有推力潜力15吨涡扇-20,即便美国人不用GE9X我国也没有竞争优势。美国人可以利用发动机推力大的特点简化发动机数量,以此换取燃油经济性和维护简化性,节省的成本都是各大航空公司最看重的产品特性,所以未来有可能看到一台"GE9X"推着到处跑的播音747出现。因为发动机动力不足而卖不出去的已有先例,苏联的伊尔-96就是因为发动机推力不足需要配备四台发动机才能满足需要,由此引发的成本问题让它几乎没有订单。所以研发大推力发动机对我们来说是势在必行的。
我国大推力航空发动机的水平如何?
中美贸易战今天开始,现在来谈长江1000A,以为有意思极了。搞不掂高尖端,正要受制于人。现在世上窄体大飞机发动机,基本两大系列,GE和斯奈克玛联合研制的CM56和IAE的V2500,IAE的组成,美国普惠,英国罗罗,日本JAZC,德国MTU和意大利菲亚特。现在C919所用LEAP-1C大涵道比发动机,CFM56-5B的发展型号,正出自CFM之手,推力13.6吨,经济性好,成熟而可靠。当然中美贸易战端骤开,影响不影响使用,就不好说了。未来国产的长江1000A,如约于今年下线,开始了配装实验,成熟起来没有三年五载之功,够戗。不过,国内每说发动机,就是在技术研发上关注度不高,2016,南京大学的陈光带领的团队,研发的TiAL单晶合金,最小蠕变速率和持久寿命均优于GEnx两个数量级,GEnx是波音下一代飞机发动机。镍基单晶承温能力每提高25-30℃就为一代,话说这高出150-250℃,解释一句,此乃涡轮前温度,高出这么多是多少代呀,可见我们在进步,并且进步不小。照此下去,大有希望。
有钱就是任性。航发集团成立了,未来十年要投入两万亿人民币搞研发,洋人们也是满满感概,有钱人就是任性哟。更令人生畏的是,据GE的中方经理介绍,不是技术问题,GE发动机80%-90%都在中国做,高压转子轴承、头到尾的机匣、压气机轮盘都是在中国制造;就连出口限制最严格的是热端部件,比如高压涡轮,高压涡轮的叶片不在中国做,但高压涡轮盘已经是在中国做的;燃烧室不能在中国做,但燃烧室的头部已经在中国做了。看看,假如我们再完成了20%的技术突破,堪谓踮踮脚就够得着,多少关键技术已被拿下,还剩下镍基单晶一类技术,接连被攻克,所以我们有理由相信,发展是可期的,只要有国家长期扶持,无关自由经济如何,其所争无非就剩下这点玩意。
一生一世。陈迎春,RC929的中国总师,对国产航发的要求,“不求最好,先进可靠;尽早拥有,稳步快跑;合作帮助,一时一事;自主创新,一生一世。”应该说实事求是,要求既理性又务实,一步到不了罗马城,能突破的抓抓紧,现实有难度的,先保证先进可靠,大飞机航发,多种关键技术实现了突破,复合材料风扇机匣及包容环包容技术,燃用航空替代燃料燃烧室设计技术,低排放、长寿命燃烧室设计技术,等等,优先的考虑,因为垄断买不来的部件或技术,在此过程中,边干边学边实践,建立健全了研发实验设施,培育了大批年轻人才。从无到有,大飞机,一生一世,我们干起来了。用我们的努力证明,绝没有过不去的火焰山,俏不争春只把春报,未来中国航空发动机,一定会绽放出最为灿烂的笑容。
谁也比不了的庞大市场。GE,罗罗和普惠,这些年争着抢着和我们做生意,其因有自,正在于我们有一个谁也比不了的庞大市场。有人算了一笔帐,未来20年中国会有上千台大涵道发动机,含军方使用,拥有5000亿美元发动机的需求,仅商用发动机就有3000亿的市场,因而成为全球增长最快,规模最大的市场,这钱不能光叫老外挣了去,更何况民用大飞机有极严苛的限制,不能用于军方,发动机不济,严重制约着中国军事装备水平的发展,加油机,预警机,巡逻机等大飞机机体平台,长期得不到发展,需求甚大,为此只能拼命向前,争取早日做大做强,老话说得好,形势总是比人强,逼得我们不得不进,不得不大步向前。既然贸易战战端已开,唯有核心核力。
据悉,长江1000A直径1.95米,长3.29米,约有35000个零组件组成。叶片数量为18片,采用小展弦比三维宽弦空心叶片,叶片材料为TC4钛合金,内部采用“瓦伦”空心结构,超塑成形/扩散连接工艺,风扇机匣采用硬壁包容设计,低压压气机为3级。这样的设计指标,已与LEAP-1C倒差不差,我们的计划,在2022~2025年之间完成适航取证。2025,中国制造的目标。
我国大推力航空发动机的水平如何?
中国航空发动机的技术水平是属于世界第二梯队,世界上能够独立研制大推力涡扇发动机的国家不是很多,之前只有美国和俄罗斯具备这个实力,而中国是紧随其后研制出了涡扇10这款航空发动机。目前装备的全新的战斗机中发动机推力最大的就是美国F-35闪电II战斗机使用的F135大推力涡扇发动机。
F135发动机的最大推力可以达到191千牛,如果不使用加力燃烧也有125千牛的推力,这是非常可观的数据。美国洛克希德马丁公司研制的F-35闪电II战斗机有三个型号,所使用的发动的还是有区别的,其中F-35B闪电II战斗机使用的F135-PW-600是带有升力风扇组件的发动机,通过这个和可以偏转的尾喷管可以实现短距/垂直起降的功能。
F135大推力涡扇发动机是在F-22A猛禽战斗机所用的F119涡扇发动机的核心机的基础上改进而来的,而本身F119就是一款大推力涡扇发动机,最大推力可以达到156千牛,F135与F119相比进步是非常明显的。发动机的研制是循序渐进的过程,F135就是在F119的基础上改进而来。
俄罗斯目前在大推力涡扇发动机上的成就就是“产品30”这个型号,目前已经在苏-57战斗机上进行测试,这也是一款具备190千牛的大推力涡扇发动机,而且是苏-57战斗的终极发动机。目前苏-57战斗机使用的是AL41F涡扇发动机的,这是一夸在AL31F基础上改进的型号,最大推力180千牛。
中国目前研制成功的涡扇10大推力涡扇发动机的最大推力是137千牛,与其他国家的大推力涡扇发动机相比还是有很大的差距,而目前我国歼-20战斗机使用的发动机还是从俄罗斯引进的AL31F发动机,未来才会使用涡扇10这款发动机。
我国大推力航空发动机的水平如何?
目前世界上能够研发大推力涡扇发动机的国家确实只有美、俄、中三家,但是我国因为起步晚、技术积累薄弱等原因,在三者之中属于最末端的位置。美国作为世界上头号军事强国,其在涡扇发动机领域的成就可谓是“百花齐放”,他人望尘莫及。笔者只重点介绍几军用涡扇发动机(分别盘点3代、4代涡扇发动机),用以对比美国和中国在这一领域的差距。
F135涡扇发动机列装
第四代战斗机用涡扇发动机对比(美、俄、中)
F135涡扇发动机。F35战斗机所装备的F135涡扇发动机是目前世界上最优秀的涡扇发动机,无论是发动机推重比、加力推力还是涵道比均超过其他任何同类发动机。F35战斗机的满载全重超过30吨,是一款重型战斗机,但是只配置了一台F135,其推重比高达11.4。目前世界上没有任何一款发动机可以媲美F135,即便是俄罗斯土星的AL41系列。
美国F119涡扇发动机。猛禽F22战斗机目前所装备的F119涡扇发动机是早期型的第4代涡扇发动机,它比F135服役早,而且是F135最初的研发基础。F119是世界上第一款成熟的第4代涡扇发动机,推重比高达10.0左右,也是世界上目前唯一一款能够支持战斗机在不开加力燃烧室的情况下进行1.6马赫标准超音速巡航(EJ200中推仅能1.2马赫超音速巡航)的优秀发动机。
俄罗斯AL41FN涡扇发动机。前苏联时期,苏联的军用涡扇发动机虽然不如美国,但依然能够追赶美国的脚步,可是苏联解体以后,俄罗斯在涡扇发动机领域早就被美国远远扔开。时至今日,俄罗斯的AL41(针对F119,F119在上世纪末已开始生产)还依然没有大规模列装。但是俄罗斯的AL41勉强能够达到早期F119的推力水平,推重比在9.8左右。不过据美国媒体推测,AL41并没有改变俄系发动机寿命短的缺陷。
中国WS15涡扇发动机。这是我国为歼20配置的大推力涡扇发动机,曾流出了推重比高达9.0的消息,但至今没有任何消息。涡扇发动机设立难度大,结构复杂并且需要相当的技术水平,我国与美国在这方面的差距在20年左右。同时,由于武器禁运,我国一直无法接触世界先进涡扇发动机(除了俄罗斯),只能靠自研。时至今日,WS15(以WS10为基础)依然处于研发之中,进度远不如俄罗斯的AL41,以至于歼20不得不暂时以三代涡扇发动机WS10B代替。有专家说,我国在涡扇发动机水平上不如美俄,尤其落后于美国,并且在某些核心领域与欧洲国家也有差距,但是作为世界上仅有的少数能够生产大推力涡扇发动机的国家,我国还是榜上有名的。
第三代涡扇发动机(美、俄、中)
美国的F100、F110、F404三款涡扇发动机。F110涡扇发动机属于世界上的第三代大推力涡扇发动机之一,主要列装于F14(目前除了伊朗,美国已经将F14全部除役),成军于上7、80年代,后期的推重比已经能够达到8.0,但是价格昂贵,苏联解体以后,美军已经不愿意再花费高额代价使用。 F100涡扇发动机主要应用在F15、F16等第三代战斗机身上,推重比为7.8左右,产量相当可观,在世界上有着良好的口碑,一直是我国的涡扇10追赶的对象。 F404涡扇发动机是三款(前两款是大推,本机为中推,故而不被美军喜欢)中发展得最坎坷的,属于中等推力涡扇发动机,后期型号推重比接近8.0,最终被应用于f18战斗机上,后来出口到瑞典,并被装备于鹰狮战斗机。从目前服役的情况来看,同类中推之中,F404属于中等偏上水平。世界优秀的中推是英国列装的EJ200发动机,虽然是中推,但是推重比却过8.9,超过了俄罗斯的RD33系列、法国的M88系列与M53系列。
俄罗斯的AL31系列涡扇发动机、RD33涡扇发动机。AL31有庞大的衍生型号,被广泛适用于苏27系列/苏30系列,印度列装的苏30MKI和俄罗斯海航的苏30SM包括解放军的苏30MKK/MK2均是使用AL31系列的发动机,早期推重比7.1,后期型号接近8.0。RD33涡扇发动机原本是米格29的涡扇发动机,属于中推,推重比7.87,性能并不出色,后来被适用于巴基斯坦的枭龙、FC31(国内的中推涡扇13即仿制RD33)。俄罗斯的米格35所采用的RD33MK发动机是以RD33为研发蓝本,制造出来的,推重比为8.54。
中国的WS10涡扇发动机。WS10的研发工作从80年代就开始了,但真正形成战斗力还是在本世纪初,主要参考90年代末引进的AL31FN(苏27SK),进行仿制与研发。由于我国技术薄弱,花费了相当时间才完成本机服役。在最初使用的时候,事故频发,极大地影响了歼10的战斗力。目前涡扇10B已经基本成熟,推重比达到8.0,推力也追赶上F100,广泛服役于歼10和歼11,但可靠性和维护寿命还是不如美国的F100。
我国大推力航空发动机的水平如何?
我国战机用大推力矢量发动机水平,在中美俄三国中是最弱的。就用中国现在还未研制成功的WS15相比,WS15最大推力为16吨加力推力可达18吨,推重比可达10以上。俄罗斯正在研产品30最大推力在17.5吨加力推力为20吨。推重比可达11左右。美国在研的F135S最大推力20吨,加力推力达23吨。推重比在13左右。而且这三款发动机装机时间基本是同时的前后相差不可能超过5年。
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