為什麼我國能研發殲10的發動機,卻不能直接用在C919上?_風聞
asiavikin-军事与科技杂谈,同名公众号2020-04-12 08:21
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殲10的國產發動機WS10A為第三代軍用發動機,和C919客機要用的民用發動機有重要差別。後者追求省油、低噪音、可靠性高,而軍用的戰鬥機發動機追求潑辣性以及推重比。兩者有很大的差異,並不是很容易衍生的。
民用發動機有經濟性要求,這裏面首要的就是省油。如果消耗燃油太多,航空公司的老闆們對安裝這種發動機的客機一定是敬而遠之。不過民用發動機的工作環境比軍用機好多了:目前投入運營的客機都是亞音速的,而且飛行過程中不會做變態的各種機動,這樣一來,民用發動機的進氣質量要比軍發好很多。
就以渦扇發動機為例來説説民用發動機和戰鬥機用發動機的差別以及國內外技術水平上的差距:
首先看風扇,民用發動機為了省油,涵道比是越高越好啊,這就意味着風扇越來越大。軍用發動機就不行了,特別是戰鬥機只能使用小涵道比設計,因為戰鬥機不能只考慮亞音速,還要考慮超音速。由於超音速飛行時機身截面積是關鍵要素,將來的超音速飛行時間所佔比重會越來越大,因此戰鬥機用渦扇發動機的風扇做不大。所以,戰鬥機發動機的風扇不能直接套到民用發動機上。而隨着風扇直徑越來越大,風扇葉片的切線速度也越來越大,超過了音速就會出現激波,這就非常討厭了。所以,風扇葉片被設計成掠形葉片以推遲激波的出現,為了減輕葉片重量,又採用了複合材料。這些都是難題,中國航空發動機行業對這些問題以前研究得不多,因為一直沒有這方面的需求牽引,所以也沒什麼積澱。
再看壓氣機,壓氣的目的是提高增壓比,民用發動機也是越高越好,越高越省油,連上風扇後的總增壓比能達到35-40,為此可以在高壓壓氣機前面平添上一個增壓壓氣機,重量上去一些無所謂。軍用機就不行了,總增壓比到25-27就不再提高了,因為再高就要增加更多的壓氣級,重量就上去了,而軍用發動機對重量非常敏感。所以可以看出, 在壓氣機設計上民用發動機也開始和軍用機分道揚鑣了,渦扇10A的技術也不能直接套用。而且,目前國外的高壓壓氣機水平還是比我們高,德國MTU設計的中小流量的6級高壓壓氣機增壓比接近11,甚至超過了普惠,被普惠用在了PW6000上;GE設計的大流量10級高壓壓氣機增壓比23,目前無出其右者。
燃燒室,民用發動機要求省油、低噪音、低排放。反而燃燒的穩定性最不重要,因為客機飛得四平八穩,不用躲導彈、躲飛機。軍用發動機當然也要省油、低噪音,但是燃燒穩定性是關鍵指標之一。新一代的分級燃燒室人家已經用在民用發動機上了,比如GE的雙環預混旋流燃燒室(TAPS),我們還在研究中。
高低壓渦輪,民用的為了提高效率(其實也是省油)敢搞多級渦輪。高壓渦輪設計成兩級,而低壓渦輪級數更多,比如普惠的PW4098和GE的GE90-115B,低壓渦輪都達到了6、7級。而軍用機的高、低壓渦輪都儘可能設計成單級,因為承受不了重量上漲的後果。相比之下,國產高涵道比渦扇發動機以前就是空白,這種多級渦輪的設計經驗也等於零,都要從頭摸索。
總體來講,技術上的這些差距都不是一兩年就能彌補的,需要的是不斷投入人員、資金,才能一點一點地成熟起來。就像京東方的LCD面板生產線,十幾年咬着後槽牙一直賠錢過來的,國家搭進去上千個億的資金,才終於在這兩年看見了曙光。搞發動機只會比這個更難,民用渦扇發動機技術發展了60多年,我們起步就跟人家差出40多年去,只有老老實實把虧欠的功課都補上才能談得上趕超。所以,像CJ1000AX這樣的高涵道比民用渦扇發動機型號必須上馬,貼上再多的錢也要生產、裝備、改進。中國航空發動機工業只有不斷從CJ1000這樣的型號中獲得經驗教訓才能有真正的進步,在趕上歐美的水平之前,不要妄言超越但更不能放棄。