大飛機換髮,要算經濟賬,更要算性能賬_風聞
胡诌施佬-观察者网副主编-2019-05-14 08:15
當今這個時代不比冷戰,一款飛機從裝備部隊到黯然退役只有十來年這種事情,除非飛機超級坑爹,否則基本上無論如何都得想轍把飛機給用到值回票價才行。至於那些久經考驗的老飛機,在升級改造的時候往往也都尋摸着對飛機本身的結構少動手腳,換個發動機就能提升不老少的性能。
▲ 比如伊爾-76MD-90,就是一款以換髮為主要改進的機型
對於中國軍迷來説,轟-6這麼一個最早算是“外來和尚”的產品在引進之後這麼多年,航空工業一直都沒有終止過給他換髮提升性能的打算,從用4台“斯貝”發動機換掉2台渦噴-8的轟-6I,到用兩台渦扇-6H換掉渦噴-8的改裝計劃,再到最後“得償所願”用D-30KP2改裝出來的轟-6K以及在此基礎上發展出來的一系列新時代的改進型,換髮這件事情在我國也算是有點心得的。
▲ 轟-6I雖然沒有最終量產服役,但其改進的思路其實是走對了的
不過一般來説轟-6這種發動機佈置在翼根的飛機對於換髮設計來説並不特別友好,畢竟發動機一變,直徑一動,翼根部分的整個結構都要做出變化,然後要修改的就是機體結構,特別是當代渦扇涵道比越來越大,機身整體作為主體結構則不適合做大修改,轟-6K已經機身發動機一般粗,未來還想換髮難度就更大了。
▲ 轟-6K為了換髮已經從oOo變成差不多OOO了……
所以在換髮這件事情上,向來翼吊式發動機是各種升級中間成本和複雜程度最低的,而且一般説來是少發換好處不如多發換,下單翼改進不如上單翼。民航機領域裏面換髮升級如今已經成了家常便飯,比如説波音737這種上世紀60年代的窄體客機就靠着以換髮為核心,從默默無聞改成一代經典,從一代經典改成當世傑作,再從當世傑作改成晚節不保……總之在換髮這個事情上,確實是大有可為的。
▲ 雖然737Max已經壞了名聲,但講真這不應該是發動機的鍋
在各種的飛機換髮方案或者計劃中間,有一款飛機的換髮最近起碼在30多年來一直都被人們所高度關注,它就是美國人的B-52戰略轟炸機。現役的B-52H用的TF33-P-3渦扇發動機的歷史可以追溯到上世紀60年代初,無論是推力還是油耗或者發動機壽命都比不上當代的新發動機,而這邊美國空軍還打算要將B-52繼續沿用到2040年以後,所以從某種角度來看,換髮這件事情很有必要,在改裝之後可以繼續使用的時間也相對可觀。
▲ B-52作為最適合換髮的多發上單翼飛機,大家打他主意也很久了
美國給B-52H換髮這事兒考慮了也不是一天兩天了,儘管B-52在上個世紀誕生之時是一款工業奇蹟的存在,但當代為該機更換一款發動機在當代西方航空工業眼裏可算是稀鬆平常。美國空軍最早考慮換髮的時候,是希望能夠減少發動機的數量以減小後勤壓力的,因此類似C-17使用的F117-PW-100這樣推力在170KN以上的大型發動機當時一度被優先考慮,相對於單台推力的76KN的TF33-P-3,一台新發動機換掉兩台舊發動機的同時,還能降低重量,節約燃油。
▲ 畢竟如果要兩發換一發,這個位置要修改的東西就更多嘍
不過後來不知的出於減少改動轟炸機本身的考慮,還是希望保住B-52H本身最多噴氣式發動機飛機的稱號,總之美軍轉而放棄大發動機換小發動機的設想,而是考慮使用推力差不多但重量油耗都大幅改善的小渦扇,比如CF34這樣的型號與TF33進行一對一的替換。一來這種小發動機受眾更廣泛,雖然需要的數量要更多,但單價較低且後勤維護更加容易,確實比較划算。
▲ 不過一個掛架上倆大涵道比發動機的畫面……可能就是這樣的
這兩類方案看起來都很合理,但另一件事情卻讓美國空軍遲遲下不了給B-52換髮的決心,那就是更換髮動機本身的效費比問題。在這件事上,美國空軍是有過KC-135機隊換髮的“前車之鑑”在的。1977年開始招標,1980年開始執行的KC-135換髮項目中,美軍使用CFM-56發動機換掉了被批是美軍當時“噪音最強、污染最大、油耗最高” 的J57發動機,讓美軍的KC-135空中加油機起飛距離縮短了3,500英尺(1,100米),油耗降低了25%,噪音降低了24分貝,各方面的性能都大有改善。
▲ KC-135R換髮之後的性能全面提升
但後來美國空軍算賬的時候發現,換髮本身對飛機性能有提升,新發動機的油耗和維護性也有改善,但單台CFM-56發動機的價格差不多900萬美元,單價KC-135換髮的耗資則超過4000萬美元,而平均每年依靠節油相對能省下的則只有4-5萬美元,由於當時KC-135實際上還有不少民航退下來的JT-3D/TF33發動機可用,導致經濟性更好的發動機更新計劃在項目總成本上反而獲得了增加。
▲ 能省油錢自然不錯,但是發動機比油錢貴多了
如果B-52現在進行換髮工作,單是8台CF34級別的發動機的採購單價就要接近1億美元,加上其他的修改工作,其改進成本自然要更高。考慮到美軍對於B-52換髮項目本身的目的並不在於提升其性能,而是延長其使用壽命,如果這樣的改進如果耗資過高,顯然也划不來。
▲ CF34雖説不貴,但架不住一換8個……
相比之下,解放軍當下主要的換髮項目,可能就是我軍相關的大型戰略運輸機了。與美國軍隊主要是用來延壽不同,我軍運輸機項目的換髮主要目的還是在提升性能。與現在使用的D-30KP2/渦扇18相比,計劃裏需要更換的發動機首要的性能需求是增加發動機的有效推力,其次是降低油耗和改善壽命和可維護性。
▲ 目前狀態的運20也能夠滿足相當的需求了
換句話説,如果新的發動機無法實現這些技術性能的話,單純為換髮而換髮除了增加裝備與後勤複雜性之外,對於增強部隊實際的作戰能力而言並無實際裨益。至於想要大幅提升飛機的性能參數,則對於航空發動機毫無疑問要有更高的性能要求,顯然不是現有的幾款已經進入試車狀態的發動機所能滿足的。從這個角度來看,雖然中國航發事業發展到今天已經有了不小的成就,但在大涵道比渦扇發動機領域,需要穩紮穩打的工作顯然還有很多。