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殲-20到底用了什么發動機?
關鍵字: 俄發國發飛火推一體不是飛火推一鍋煮但有說法,現階段殲-20配備的不是渦扇-15,而是渦扇-10甚至AL-31。這當然也是可能的。戰斗機更換發動機不是簡單的事,但只要在設計時就考慮到相關問題,也不是那么不可思議的事。
歷史上有很多戰斗機更換發動機而失敗的先例,最典型的就是英國為F-4K“鬼怪”式戰斗機換用羅爾斯-羅伊斯“斯貝”渦扇發動機,更大的推力反而導致更糟糕的最大速度和超音速加速性,只有低空性能改善了。但這是有原因的。“鬼怪”式為了航母起落,具有不錯的低空低速性能,但歸根到底,這是典型的高空高速戰斗機,是圍繞著兩臺通用電氣J79渦噴發動機設計的。在改裝“斯貝”的過程中,進氣道要加大流量,后機身要加大,破壞了原來的氣動設計,顯著增加了阻力,導致失敗。
但戰斗機換發的成功先例也很多。道格拉斯A-4“天鷹”是輕型艦載攻擊機,在高亞音速段特別機動靈活,以至于美國海軍Top Gun學校曾經用A-4作為假想紅軍戰斗機。但A-4的普拉特-惠特尼J52渦噴不僅老舊,而且油耗很大。在80年代,新加坡A-4換裝通用電氣F404非加力型,推力增加15%,油耗、可靠性大大提高,機動性進一步改善。至少從換發角度來說,這是成功的改裝。
以色列空軍在換裝F-15、F-16之后,有意對現有的“鬼怪”式大規模換用普拉特-惠特尼PW1120,這是F100的渦噴版,性能比原裝的通用電氣J79有顯著提高,最后因為成本和裝備規劃問題而擱置,換發本身是成功的。F-14B/D當然也是換發成功的典型。
換裝發動機后的大貓
這些還是在原設計早已定型后的換發,但在設計時就考慮到在不同發動機之間可以更換的設計,更是有諸多成功的先例。F-16C/D在一開始就考慮到可以在通用電氣F110和普拉特-惠特尼F100之間選擇發動機,采用F110各種亞型的稱為Block 30、40、50等,采用F100各種亞型的則稱為Block 32、42、52等。
F-15E在設計時也可以在F100和F110之間選擇發動機,只是美國和以色列空軍為了便于后勤保障,統一到F100,但盟國不乏選擇F110發動機的,如韓國(第一批F-15K使用F110,第二批使用F100)、沙特、新加坡。
俄羅斯蘇-57也是在設計時就考慮到不同發動機的例子,初期生產型將使用AL-31的深度發展型,亞型代號117,但計劃在2020年后轉用目標發動機“項目30”。
一般認為,殲-20的原型2001是用AL-31推進的。作為技術驗證性質的原型機,采用推力不足的AL-31先飛起來問題不大。未來某一時候開始的目標量產型將采用渦扇-15,這也沒有什么爭議。問題是近期的初期生產型。
不管是使用渦扇-10(包括IPE),還是使用AL-31(包括M2),這樣的殲-20的性能肯定達不到使用渦扇-15的版本。使用AL-31基本型的話,軍推推重比只有0.54,這是肯定不夠用的。增強到M2的話,軍推推重比達到0.63,達到F-15C的0.65的水平。配合以殲-20的優秀的超音速減阻,或許能實現跨音速巡航,甚至用加力推過音速后轉回軍推的低超音速的“偽超巡”。這遠遠談不上理想,但能用了。
使用渦扇-10和IPE的情況差不多。這能滿足中國空軍的要求嗎?中國空軍的要求是什么呢?
實際上,除了籠統的超巡和超機動,中國空軍對殲-20的具體要求也是保密的,坊間的一切推斷都只是推斷而已,因此是不是滿足中國空軍的要求也無從談起。更何況中國空軍可能有階段性的要求,在某一時間節點前要達到x要求,在更后面的另一時間節點要達到y要求,就像蘇-57一樣。
現在對殲-20的發動機的推斷很多來自對噴口形狀的觀察。且不說只有模糊不清的圖片可以判讀,噴口形狀不同,顯然是不同的發動機,至少是不同的亞型。但噴口形狀相似,也未必就是相同的發動機。
作為殲-20換國產發動機證據的網絡照片
對于超音速戰斗機來說,收斂-擴散噴口是必須的。噴流在亞音速時,收斂起加速作用;在超音速時,反而是擴散才起到加速作用。這就是拉瓦爾噴管的原理。另一方面,擴散有助于增加空氣流量,增加推力,因此在起飛時噴口是張開的。但在高亞音速飛行時,噴口要收攏,確保噴流具有足夠的速度。超音速時再次張開。
最典型的收斂-擴散噴口采用羽片結構,羽片的不同安排就成為各種發動機的噴口特征。事實上,羽片還有內外兩層,不僅控制噴口面積,還可控制喉道面積,更加復雜的還可控制喉道位置,進一步優化噴流。雙層羽片之間的空氣流動還有助于散熱,增強內羽片的耐熱能力。寬羽片降低機械復雜性,羽片本身的剛度也容易保證;窄羽片有助于確保噴口的圓度,降低噴流的壓力損失。
噴流離開噴口時,噴流不是鉛筆形狀的平直束,而是像鐘形一樣,隨著離開噴口的距離而有一定的徑向膨脹。這種膨脹帶來一定的噴氣損失,這是由于高壓的噴流在橫向對環境空氣有很大的壓力差而造成徑向流動,這是不可避免的。圓形是給定面積下周長最小的形狀,噴流膨脹最規則,壓力損失最小。越是偏離圓形,噴流膨脹越復雜,壓力損失也越大。因此,射程優先的消防龍頭一定是圓噴口,覆蓋面積優先的澆花龍頭才可能使用扁噴口。
F-22那樣的二維噴口是以可觀的推力損失為代價的,也只有那樣變態的大推力才能承受這樣的推力損失。當然,二維噴口的好處是推力轉向、收斂-擴散和雷達-紅外隱身整合為一體。二維噴口把噴流壓扁,強化了噴流與環境空氣的混合,達到快速降溫和降低紅外特征的效果。扁平的二維噴口也對發動機后部形成較好地屏蔽,達到降低雷達特征的效果。扁平的二維噴口還有利于在氣動上與飛機的后體整合,降低后體阻力,這對超音速減阻特別重要。
F-22的“菊花”
但二維噴口除了有推力損失問題,還有重量問題。單層的偏流板沒有雙層羽片之間空氣流通的散熱效果,只能借助于厚重的耐熱設計。除了F-22,所有實用的推力轉向都回到羽片式結構。
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- 責任編輯:荀越
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