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涡扇18也就解决有无问题

中国军情 时间:2015-01-15 14:35 点击: 作者:
[导读]涡扇18也就解决有无问题

涡扇18也就解决有无问题

在伊尔76试飞平台上进行试飞的某新型发动机。

1月9日,中航工业成都发动机公司发布一则通报称,该公司研制的一款航空发动机已于去年年底完成试飞,获得了空军领导的好评。这则消息很快引起多家外媒的关注,俄媒认为这是俄制D-30KP-2涡扇发动机的中国仿制版本,编号涡扇18。

如果俄媒分析无误,这将是中国首款国产大涵道比涡扇发动机。

所谓"涵道比"是指涡扇发动机外涵道、内涵道面积的比值。与涡喷发动机相比,涡扇发动机多出一个外涵道,提供推力的除了内涵道燃烧室喷出的高速燃气外,还有外涵道喷出的、速度较低的气流。

一般来说,在同等技术条件下,涡扇发动机的涵道比越大,单位燃油所能产生的推力越大,这样发动机的经济性就越好。但大涵道比涡扇发动机在跨音速、超音速时阻力会急剧上升,它不能用于有超音速飞行需求的战斗机、轰炸机等。

所以大涵道比涡扇发动机主要用于民航客机、军用运输机、以及以客机或军用运输机为平台的特种飞机。有些低速攻击机也采用大涵道比涡扇发动机,例如美国的A-10。而对速度要求高的战斗机则使用小涵道比涡扇发动机,第四代战斗机要求超音速巡航,甚至一定程度上牺牲了燃油经济性。如F-22所用的F-119发动机,其涵道比仅0.29,不到第三代战斗机发动机的一半。

涡扇18也就解决有无问题

大涵道比涡扇发动机结构示意图

涡扇18可缓解我军燃眉之急

但性能指标已非常落后

我国研制成功涡扇18意义重大,因为我军大量飞机采用了俄制D-30KP-2发动机,这包括伊尔76运输机、空警2000预警机、图154M电子侦察机、轰6K轰炸机以及最新的运20大型运输机。这些飞机是我国空军重要的战略作战力量,发动机有了国产涡扇18,意味着我国受制于俄罗斯的项目又少一个。

当然究竟涡扇18是授权制造,抑或又是未经许可的逆向仿制,这就不得而知了。

涡扇18也就解决有无问题

我军最新轰6K轰炸机采用了D-30KP-2发动机

虽然涡扇18对我军意义重大,但从技术角度看,它是一款问世即已落后的产品。大涵道比涡扇发动机对设计、材料、工艺要求极高,在民航业对经济性的极端要求下,如今先进的大涵道比涡扇发动机研制难度甚至高于小涵道比军用涡扇发动机。

目前国际市场上,能研发此类发动机的仅有通用电气、普惠和罗罗3家公司。俄罗斯能研制出117S军用涡扇发动机,但他们在研制新一代PS-90A大涵道比发动机时仍需要找美国普惠公司帮忙。

涡扇18/D-30KP-2发动机作为上世纪6、70年代技术的产品,性能指标已非常落后,它们的涵道比只有2.42,巡航耗油为0.7公斤/公斤力·小时。与D-30KP-2同时出现的美国JT-9D发动机,其涵道比就已经达到5,耗油率为0.6公斤/公斤力·小时。而现在美国通用最新的GENX发动机,涵道比高达10,耗油率已低至0.5公斤/公斤力·小时的水平。

涡扇18也就解决有无问题

D-30KP-2发动机的性能现在已非常落后。

运20要获得成功必须依靠涡扇20

根据外媒报道,我国目前还在研制一款编号为涡扇20的大涵道比涡扇发动机。

外媒认为涡扇20即是涡扇10"太行"军用发动机的大涵道比型号,涡扇10已用于我国新型歼11B重型战斗机。涡扇10的核心机(包括高压压气机、燃烧室和涡轮)则源于法国CFM公司的CFM-56发动机。

这是一个往来复去的逆向过程。我国民航大量波音、空客飞机都采用CFM-56发动机,多年使用、维护经验使得我国技术人员对CFM-56发动机非常熟悉,于是在CFM-56核心机基础上研制了涡扇10发动机。而CFM-56的核心机又来源于美国通用公司的F101涡扇发动机,西方在F101基础上,除CFM-56大涵道比涡扇发动机外,还发展了F110系列小涵道比、带加力燃烧室的军用涡扇发动机。

也就是说,我国的涡扇10、涡扇20实则都起源于美国通用的F101发动机,涡扇10为小涵道比军用发动机,涡扇20则是大涵道比型号。

涡扇18也就解决有无问题

我国大量民航客机采用CFM-56系列发动机

从海外资料来看,涡扇20在技术上与CFM-56相仿,采用了单级大直径风扇、实心宽弦叶片,与涡扇18/D-30KP-2相比,涡扇20有结构简单、重量轻、维护方便等优势。

若涡扇20的基础型号与CFM-56-7一致,它的推力将与涡扇18/D-30KP-2的11吨相同。但它的长度只有2.5米左右,涡扇18则达到5.7米;重量方面,涡扇20大约只有2.3吨,涡扇18达到2.7吨;推重比涡扇20为5左右,而涡扇18只有4.3。最关键的涵道比,涡扇20达到5,差不多是涡扇18的两倍,巡航耗油率涡扇20比涡扇18降低10%,起飞耗油率更要降低30%左右。

如果我国空军的伊尔76换装涡扇20,4部发动机可以节省仅2吨的重量,加上涡扇20耗油率方面的优势,可以显著提升伊尔76运输机的航程。这方面俄罗斯人已开始用新的PS-90发动机替换D-30KP-2,换发后的伊尔76TD航程由原来的3600公里,大幅提升至4300公里。

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采用PS-90发动机的俄罗斯伊尔76TD-90A运输机

对我国最新运20大型运输机来说,涡扇20的价值不仅仅在于提高航程,根据CFM-56的发展经验,涡扇20可以通过增大风扇直径、提高涵道比等措施,将推力提高至15吨。

按起飞推重比0.25来计算,运20现在使用D-30KP-2发动机,总推力40多吨,最大起飞重量不到200吨。换装推力增强型的涡扇20后,总推力达到60吨,运20的最大起飞重量至少可以提高至240吨。

所以,涡扇18研制成功也不过是缓解空军的燃眉之急,解决我国大涵道比涡扇发动机的有无问题。运20等新机要获得成功,还得依靠正在研制、攻关的涡扇20发动机。

涡扇18也就解决有无问题

现在使用D-30KP-2试飞的运20,小直径发动机与短粗的机身反差巨大。

涡扇20也是问世即落后的型号

需要强调的是,与国外先进大涵道比涡扇发动机相比,涡扇20仍然是问世即落后的型号。

首先它的推力仍然偏低,由于核心机的限制,它的最大推力只能放大至15吨。而美国C-17运输机所用的F117-PW-100发动机,推力接近20吨,所以它在最大起飞重量达到260吨的同时,还拥有优异的短距起飞能力。运20使用涡扇20则很难做到这点。

而15吨左右的发动机,按经济性最优的双发配置,也只能满足100座左右单通道干线客机的需求。最近几年我国提出要发展大型宽体客机,涡扇20仍是难以满足需求的。

涡扇18也就解决有无问题

C-17凭借强劲的动力,可以在野战机场起飞。

在技术方面,西方新一代大涵道比涡扇发动机比CFM-56又有很大提高。它们的涵道比达到10,同时采用了三维气动设计复合材料风扇叶片、复合材料风扇机匣、先进耐高温材料等新技术,让它们在经济性、环保排放、噪声等指标上比CFM-56有明显改善。

例如我国C-919干线客机将要采用的CFM公司的LEAP-1X涡扇发动机,其耗油率比CFM-56降低10-15%,噪声降低50%,综合使用成本降低20%。

总的来说,我国大涵道比涡扇发动机发展现状可谓"路漫漫其修远兮",仿制的涡扇18获得成功只算踏出了第一步。(文/杜松涛)

涡扇18也就解决有无问题

C-919采用的LEAP-1X发动机,图中可看到它采用了复合材料机匣。

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