近日,中航工業試飛中心為一種具備重要戰略意義和曆史意義的機型召開了試飛動員大會,外界普遍猜測這一機型就是轟20,一時之間,轟20即将首飛的傳聞再一次成為焦點。但能否在近期實現首飛,還得取決于轟20的進度,而轟20的進度很大程度上又取決于其所用發動機的研制情況。
令人熱血沸騰的動員現場
可惜的是,同轟20一樣,它所用的發動機也是雲山霧罩,沒有可靠的官方信息公布,隻能根據類似機型展開分析。在世界範圍内,稱得上與轟20同代的機型,唯有美國的B2和B21,B2用的是F110系列發動機中的非加力版本F118-GE-100,推力8.6噸,B21的發動機是F135系列中的非加力版F135-PW-XXX,預計推力可達14噸。我國現有與之相對應的發動機型号分别是渦扇10的非加力版和渦扇18。可能有人會說,不是還有渦扇20嗎?它的直徑在2.3米以上,太粗了,不适合轟20這種将發動機融入機身的飛行器。
渦扇20的直徑過大
先來分析一下F118-GE-100與F135-PW-XXX,看看轟20需要什麼樣的發動機F118-GE-100是F110系列中去掉加力燃燒室的增推型号,長度由4.6米減為2.6米,因F110系列早期型号的中間推力對B2來說還是過低,為了增加推力,F118-GE-100提高了風扇壓比,總壓比也随之由31提高到35,空氣流量則由119公斤/秒增加到127公斤/秒,推力增至8.6噸。但去掉加力燃燒室後,F118-GE-100的淨重卻僅僅從1780公斤減為1500公斤,因為加力燃燒室雖然長達2米,卻輕得很,除了噴嘴和火焰穩定器等部件,它基本上就是一個中空的筒子。正因為如此,F118-GE-100的推重比隻有5.9,比伊爾76的D30KP2發動機強不了多少,推力反而不如。
網傳的F118發動機,從人機比例來看,非常緊湊
B21計劃采用F135-PW-100發動機的非加力型号,我們暫且稱之為F135-PW-XXX,不過普惠公司也打算進一步增推,因為盡管采用了當今世界上最先進的發動機,奈何B21的動力布置太過激進,由B2的4台F118減為兩台F135-PW-XXX,一旦服役B21将成為世界上首架采用雙發配置的戰略轟炸機。但F135在經曆類似F110→F118的進化後,推重比大幅下降也是不可避免的。
那為B2和B21為什麼要用推力和推重比大幅縮水的非加力版呢?主要原因還是加力版太長了,而基于飛翼式戰略轟炸機背部進氣和紅外隐身的特殊設計,發動機噴出的尾焰需要通過機身進行遮擋和降溫,布置在座艙兩側的發動機舵段又不能過長,否則會限制飛行員視野,一來而去非加力版就成了最适合的選擇。
B2的發動機長度受到很大限制
再看渦扇10C的非加力版性能如何?在讨論渦扇10C的非加力版之前,有必要先提一下它的涵道比,雖然渦扇10源自F110的觀點非常盛行,但這并不代表它的涵道比就是F110的0.87,應該是與AL31F和F100類似的0.6左右,而涵道比越小,則意味着加力比就越小,如涵道比約0.3的F119-PW-100,加力推力156千牛,軍用推力達116千牛,而涵道比0.76的F110-GE-129加力推力131千牛,軍用推力卻隻有73.9千牛。
換句話說,在同樣的加力推力下,渦扇發動機的涵道比越小,則擁有更大的中間推力,如渦扇10C的推力已達147千牛,那麼它的中間推力将達8.5噸,在這種情況下,再按照F110→F118的進化模式發展,渦扇10C非加力版的推力可接近9.5噸。
換裝渦扇10C的殲20
渦扇10家族發展至今,不僅出現了多種改進型,還湧現出了QC70、渦扇20等衍生型号,可以說在渦扇10C基礎上研制其非加力版本,對我國來說并沒有不可克服的困難,但9.5噸的推力相比F118-GE-100的8.6噸,增幅有限,與F135-PW-XXX的14噸更是相去甚遠,更不要說推重比的大幅下降了。且20多年後的今天,轟20的動力系統仍然走B2的老路,也很難适應未來的作戰需求。
最後隻有渦扇18了渦扇18是我國在消化吸收俄羅斯D30KP2發動機的基礎上,應用新材料和新技術開發的研仿型号,它不僅推力大幅提高,由12.5噸增加到13.4噸,油耗降低20%,還實現了300多公斤的減重,從D30KP2不帶反推力裝置的2318公斤降為2000公斤左右。按照這個标準,渦扇18的推重比已經大大超過了6,比F118-GE-100還高。
尺寸方面,在不帶反推力裝置的情況下,渦扇18僅長2.3米,美中不足的是它比較粗,進氣口直徑1.4米,最大直徑達1.56米,相比F118-GE-100的1.18米大了不少。但在我國航空發動機整體落後的情況下,也隻能通過增大空氣流量的方式,拿直徑換推力了,這也是蘇聯/俄羅斯常用的一種做法,結果就是大直徑的發動機需要大尺寸的飛機來消化,如NK321發動機以1.46米的直徑成就了世界上最大的戰略轟炸機圖160。
肯定有人認為拿僅有60年代技術水平的D30KP2改型來裝備轟20是否太落後了,但縱觀我國現有航空發動機型号,渦扇18還就是唯一的選擇。還是那句話,在我國航發落後且譜系不全的情況下,轟20首飛伊始就能有性能不錯的國産發動機可用,相比殲20、運20已經是很幸運了。我國航母能實現電磁彈射,導彈也能做到高超音速,但在發動機尤其是航空發動機領域,卻很難出現類似的驚喜。
轟20需要強勁的動力
四台渦扇18可以提供53.6噸的推力,假設轟20的正常起飛重量與B2一樣也是152噸,就可以達到0.35的推重比,這個指标已經可以媲美圖160了,再配以針對性優化的氣動布局,轟20完全可以實現超音速飛行。
結語總而言之,首飛在即的轟20基本上隻有渦扇10C的非加力版本和渦扇18這兩種動力選型,但選擇前者,推力受限,會使得轟20的發展潛力受限,選擇後者,雖然推力大幅增加,但渦扇18的母型D30KP2畢竟隻有上世紀60年代的技術水平,潛力同樣有限。在這種情況下,隻能犧牲發動機的潛力來換取轟20的潛力,用渦扇18作為過渡動力。
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