不久前,代号“珠峰”的涡扇15装机歼20试飞成功,在国内外引起了很大的轰动,但对“珠峰”发动机本身,虽然各路媒体进行了广泛报道,但官方却只在介绍涡扇15总设计师程荣辉的《年度军工风云人物》报告中给出了最大推力18.5吨,采用双余度全权限数字电子控制等有限的信息,以下笔者就通过这些有限的信息结合相关文献对“珠峰”及其前身“峨嵋”发动机进行详细论述。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

为了便于大家理解,也为了避免因材料过于零散而产生混乱,笔者列出了几个问题,只要搞清楚了这几个问题,也就能充分认识“峨嵋”与“珠峰”了。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

“峨嵋”发动机参数

第一个问题是“珠峰”发动机的推力为什么非要达到18.5吨?

这还要归因于涡扇10C出现后形成的“鲇鱼效应”,美国军方认为涡扇10C的推力达到了F22所用F119-PW-100发动机的91%,即14.5吨,这已经与F110-GE-132发动机相当了。但也有说法认为涡扇10C的推力超过了15吨,这种可能性也很大,因为F110-GE-134早在上世纪就实现了15吨的台架推力,这已经逼近“峨嵋”161千牛的推力指标了。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

况且,“峨嵋”的前机匣和加力燃烧室也没有采用类似F119的“Alloy c”阻燃钛合金,推重比只达到9,比涡扇10C的8高不了多少。更重要的是,经历多个型号的改进后,涡扇10C的可靠性也远胜“峨嵋”,这可是非常大的优势。最后,与涡扇15的遥遥无期相比,涡扇10C对歼20而言几乎是现成的,按照美媒《军事观察》披露,涡扇10C早在2021年就已经开始列装中国空军的歼20了,而装备涡扇10C的新型歼20已在2022年的第14届珠海航展上亮相。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

这就意味着“峨嵋”有被涡扇10C取代的风险,在前者迟迟无法定型列装的情况下尤其如此。在这种情况下,充满危机感的“峨嵋”不得不破釜沉舟,不惜动大手术也要进化为“珠峰”,至少要在推力上与涡扇10C拉开距离,也就不难理解了。”

再看第二个问题,涡扇15的推力如何才能达到18.5吨?

涡扇-15采用了“3级风扇+6级高压气机+1级高压涡轮+1级低压涡轮”的布局,要想增加涡扇发动机的推力,无非就是通过以下几个途径:

一,提高涡轮前温度。“峨嵋”的高压涡轮采用了国内第二代单晶材料DD9,高压涡轮盘用的是FGH97粉末冶金双性能镍基合金。所谓双性能,指的是涡轮盘的轮缘部分晶粒粗,有利于提高损伤容限,中心部分晶粒细,以便起到提高强度和抗疲劳等目的。“峨嵋”的燃烧室也采用了类似F119的整体双层浮壁结构。但即使如此,“峨嵋”的涡轮进口温度也只有1477℃,这与“峨嵋”的单晶叶片材料与F119差了一代有很大关系,因为后者的涡轮转子叶片选用了第三代单晶高温合金PWA1484,该材料本身的最高工作温度为1070℃左右,但采取冷却措施后,其工作温度提高至1621~1677℃。但根据公开资料,我国已经研制成功了第三代单晶材料,这才是“珠峰”推力达到18.5吨的底气所在。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

二,提高总压比。鉴于在研制涡扇10的过程中,因总压比指标定得过高,出现了严重的喘振问题,导致进度拖延。因而,涡扇15在这方面比较保守,总增压比仅28.7。根据相关文献,“峨嵋”3级风扇的压比约为4.01,6级高压压气机的增压比为7.16,虽然压比仍有提升的空间,但空间不大。因为喘振问题牵一发动全身,要进行大量的试验,极易导致进度拖延。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

三,加大涵道比。涡扇发动机吸入的空气有两种运动形式,一部分进入发动机的核心位置进行加热,另一部分仅仅经过风扇后就被排出了。核心的气流叫内涵道,而外侧叫外涵道。涵道比就是两股气流的比值。峨嵋的涵道比是0.382,要提高推力,最直接的方式是加大涵道比,提高到0.4以上。但这样一来,涡扇15的推重比不可避免的就下来了,虽然其应用了涡扇10的成熟技术,如高低压转子对转和树脂基复合材料机匣,外加陶瓷基复合材料喷管调节片,来对冲涨上去的重量,但仍不足以使推重比达到超过F119的目标。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

四,采用双余度全权限数字电子控制系统,即FADEC。FADEC能够根据不同的需求自动调整涡扇15的供油量和转速,达到精确控制的目的。普遍的认知是FADEC能够节油增寿,但FADEC的应用也有助于加大推力。其计算能力强、精度高,能够在整个飞行范围内让发动机达到最佳性能,这就意味着FADEC能在避免对发动机造成严重损害地情况下,最大限度的把涡扇15的潜力压榨出来,这与俄式发动机采用补氧等手段以寿命换推力的做法有着本质区别。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

由此可见,为了达到18.5吨的推力,涡扇15有可能在以上四个方面进行了改进,毕竟想要在推力已经达到16.4吨的情况下,再增推接近13%是非常困难的。

最后是涡扇15的推力达到18.5吨有何意义?

那18.5吨的推力对歼20有何意义呢?这就显而易见了,推力更大意味着歼20在面对F22时拥有能量优势,传统的短板变成了强项。且涡扇15将来换装三元矢推喷管后,还会有不小的推力损失,这就提前留下了余地。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

况且,涡扇15的加力推力达到18.5吨后,其军用推力也会水涨船高,以F135为例,其以0.57的涵道比,实现了19.4吨的加力推力和12.4吨的军用推力。涡扇15以更小的涵道比,足以得到至少11.5吨的军用推力,再加上歼20的优异超音速升阻比,实现1.8马赫的超巡速度是可能的,《年度军工风云人物》也证实了这一点。

从“峨嵋”到“珠峰”,涡扇15推力为何能从16.4吨猛增到18.5吨?

但不要忘记,在决定将“峨嵋”几乎推倒重来的时候,其并未完成研制,这就不可避免的导致进度大幅拖延。本来预计完全体歼20于2011年首飞,在2018年形成初始作战能力,终因这样的变故导致其2023才完成首飞,以此类推,完全体歼20形成战斗力,恐怕要等到2030年,前路漫漫,任重道远啊!在这个时间窗口,还是要靠涡扇10C版歼20撑着。

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