航發(fā)中的奇葩!渦噴14造就二代機(jī)中的奇葩,加速新式發(fā)動機(jī)發(fā)展
航空發(fā)動機(jī)分為渦噴發(fā)動機(jī)、渦扇發(fā)動機(jī)、可變循環(huán)發(fā)動機(jī)、組合循環(huán)發(fā)動機(jī)。從技術(shù)復(fù)雜度來看,后者難度比前者更大,性能也大體上是后者比前者更強(qiáng)。然而我國卻有一款奇葩渦噴發(fā)動機(jī)關(guān)鍵性能竟然比渦扇發(fā)動機(jī)更強(qiáng)!這款發(fā)動機(jī)就是渦噴14發(fā)動機(jī),又稱昆侖發(fā)動機(jī)。
網(wǎng)上不少人說昆侖發(fā)動機(jī)并沒有量產(chǎn),那么昆侖發(fā)動機(jī)是否真的下馬呢?
其實(shí)昆侖發(fā)動機(jī)并沒有下馬!2017年,黎明發(fā)動機(jī)廠的“八股文”就附上一幅昆侖發(fā)動機(jī)的裝配圖,證實(shí)昆侖發(fā)動機(jī)還在大量生產(chǎn)。
2017年,黎明發(fā)動機(jī)廠的官方八股文配圖為昆侖發(fā)動機(jī)裝配場景圖
一、渦噴14性能介紹。
發(fā)展初期由于我國工業(yè)基礎(chǔ)太差,經(jīng)歷各種事故,還連累殲八Ⅲ下馬。幸虧研制團(tuán)隊(duì)鍥而不舍,最終在2002年,終于將渦噴14發(fā)動機(jī)改進(jìn)成性能足夠穩(wěn)定的發(fā)動機(jī),成為首款強(qiáng)度和壽命都嚴(yán)格按國家軍標(biāo)要求設(shè)計(jì)的國產(chǎn)發(fā)動機(jī),為后續(xù)的自研發(fā)動機(jī)樹立了一個成功典范。
渦噴14發(fā)動機(jī)
渦噴14發(fā)動機(jī)是一款中間推力49KN,加力推力為69.6KN的發(fā)動機(jī),推重比6.4。后來先后出了2款改進(jìn)型發(fā)動機(jī)。
昆侖"Ⅰ性能與原型機(jī)相同,為適應(yīng)飛機(jī)要求,對外部機(jī)匣、附件和管路做了適應(yīng)性改進(jìn),壽命約1500小時(shí),現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到2000小時(shí)了。
"昆侖"Ⅱ是在"昆侖"原型機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展的推力增大型。它是在不犧牲發(fā)動機(jī)的工作可靠性、耐久性和不損失工作裕度的前提下,通過采用先進(jìn)技術(shù)增大發(fā)動機(jī)的空氣流量,提高其部件效率,減少漏氣和流體損失,從而大幅度地提高了發(fā)動機(jī)推力,降低了耗油率。中間推力56.64KN,加力推力為78.5KN,推重比7,渦前溫度約1500K。
發(fā)展型“昆侖”Ⅲ中間推力為65KN,加力87.5KN,推重比為8.05。目前這個型號是否存在,尚無法證實(shí)。
鑒于其研制難度不大,僅需將少數(shù)幾級渦輪葉片更換成性能更好的先進(jìn)材料,其渦前溫度就可以提升至1700K級別,預(yù)計(jì)這個型號也是存在的。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)表明,在其他條件不變的情況下,渦扇發(fā)動機(jī)或者渦噴發(fā)動機(jī)渦輪前溫度每提升100℃(攝氏度),該發(fā)動機(jī)的最大推力就可以提升近20%。那么渦噴14渦輪前溫度提升200℃(攝氏度),其最大推力就可以提升近40%!也就是說,若成更好材料,渦噴14最大推力將高達(dá)109KN!
2015年,中航工業(yè)董事長林左鳴在接受央視采訪時(shí)曾透露,目前我國最好的高壓渦輪葉片能耐受至少2000K的高溫。區(qū)區(qū)1700K的溫度根本不算什么難事。因此,完全不必懷疑昆侖Ⅲ是否存在,而應(yīng)該思考是否還有更先進(jìn)的型號。
二、渦噴14推重比堪比第三代渦扇發(fā)動機(jī),雖然已經(jīng)過時(shí),卻有獨(dú)門絕技!
最令人驚訝的是,2006年,殲10、殲11系列都開始大量服役。這個時(shí)候殲8G竟然才剛剛首飛。這種二代機(jī)再怎么改也是比不上三代機(jī)的。這就好比蘋果4手機(jī)再好用也比不上現(xiàn)在的安卓手機(jī)。事出反常必有妖!殲8G一定是有什么獨(dú)門絕技!
這個獨(dú)門絕技就是,憑借優(yōu)異的高空高速性能,昆侖發(fā)動機(jī)可以讓殲8G獲得不開加力超音速巡航的能力!
為何昆侖發(fā)動機(jī)這種落后的渦噴發(fā)動機(jī)具備這種能力呢?
先來對比下:俄羅斯第三代大推力渦扇發(fā)動機(jī)AL-31推重比也才7.1。昆侖Ⅱ渦噴發(fā)動機(jī)的推重比7,昆侖Ⅲ推重比更是超過8,已經(jīng)超過AL-31渦扇發(fā)動機(jī)。可以說昆侖發(fā)動機(jī)是世界唯一一款將推重比做到渦扇發(fā)動機(jī)水平的渦噴發(fā)動機(jī)。
俄羅斯AL-31FN發(fā)動機(jī)
據(jù)報(bào)道,"昆侖"Ⅱ的單位面積推力為世界之最!換句話說,在高空高速狀態(tài)下,扣除空氣阻力后,它的單位面積有效推力為世界之最!高空高速狀態(tài)下,單位面積有效推力越大,越有利于提升戰(zhàn)機(jī)的最大飛行速度。只要機(jī)體強(qiáng)度達(dá)標(biāo)、設(shè)計(jì)合理,安裝"昆侖"Ⅱ發(fā)動機(jī)以后,飛機(jī)的最大速度將成為同類最強(qiáng)!甚至能實(shí)現(xiàn)不開加力超音速的超強(qiáng)性能。
目前,美國的F22戰(zhàn)機(jī)憑借推力強(qiáng)勁的發(fā)動機(jī)可以做到以1.56倍音速不開加力巡航30分鐘。F22一般起飛重量27.21噸,F(xiàn)119渦扇發(fā)動機(jī)中間推力為105KN,則此時(shí)不開加力推重比為0.786。
殲8G一般起飛重量為13.85噸,"昆侖"Ⅱ中間推力為59KN,此時(shí)不開加力推重比為0.866。這個推重比已經(jīng)高于F22!若再考慮渦噴發(fā)動機(jī)高空有效推力下降更少、殲8長細(xì)比更大、超巡阻力更小等因素,預(yù)計(jì)殲8G不開加力的巡航速度很可能接近2馬赫!
相比開加力超巡,不開加力超巡的油耗僅為前者的三分之一。顯然,裝備昆侖發(fā)動機(jī)后,殲8F超巡能力將碾壓F22,預(yù)計(jì)可以做到全程超巡!雖然其他方面不行,但是不開加力超巡的能力無與倫比,作為偵察機(jī)顯然非常合適。
依托昆侖發(fā)動機(jī),殲8G已經(jīng)實(shí)現(xiàn)雙“25”目標(biāo),即高度25000米,速度2.5馬赫。根據(jù)試驗(yàn)表明,當(dāng)飛機(jī)飛行速度達(dá)到2馬赫時(shí),機(jī)身表面溫度約為100℃,2.5馬赫時(shí),機(jī)身表面溫度將達(dá)到200℃,3馬赫時(shí),機(jī)身表面溫度將達(dá)到300℃?,F(xiàn)代飛機(jī)主要采用鋁、鋰、復(fù)合材料制造,這些材料在工作溫度達(dá)到200℃以上時(shí),強(qiáng)度將大大下降。因此,主流戰(zhàn)機(jī)極限速度一般不超過2.5馬赫。
2006年才首飛的殲8G截?fù)魴C(jī)
由于機(jī)體強(qiáng)度無法滿足要求,殲8G最大速度只能被限制在2.5馬赫。若重新設(shè)計(jì)一款新飛機(jī),我國甚至很可能基于昆侖發(fā)動機(jī)造出一款比米格25更好的雙“3”截?fù)魴C(jī)!
然而,即使是雙“25”,也足以令我國周邊國家和地區(qū)頭疼。因?yàn)閼{借優(yōu)異的高空高速性能,殲8G可以用于快速偵察,快速撤離。敵方戰(zhàn)機(jī)可能還沒起飛,殲8G就已經(jīng)回到我國領(lǐng)空了??梢哉f,敵人碰到這款戰(zhàn)機(jī)搞偵察只能干瞪眼。雖然格斗不行,但是殲8G逃跑一流,快速升空攔截高空目標(biāo)的能力也不是一般戰(zhàn)機(jī)能比的。
三、落后主流又如何,渦噴14發(fā)動機(jī)也有特殊妙用!
雖然渦噴發(fā)動機(jī)已經(jīng)落后世界主流水平,然而它卻有妙用!渦扇發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢在于低空巡航更加省油,一到高空,渦扇發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率就下降得很厲害,大大不如渦噴發(fā)動機(jī)。新概念發(fā)動機(jī)渦輪基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)主要用于空天飛機(jī),非??粗馗呖崭咚傩阅?。以渦噴發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)研制這種發(fā)動機(jī)是最好的選擇。
鑒于渦噴14堪稱渦噴發(fā)動機(jī)中的霸主,作為組合循環(huán)發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)就再合適不過了!
美國J58組合循環(huán)發(fā)動機(jī)是世界上第一款組合循環(huán)發(fā)動機(jī),誕生于上世紀(jì)50年代末。這種發(fā)動機(jī)采用渦噴發(fā)動機(jī)和亞燃沖壓相結(jié)合的發(fā)動機(jī)組成一臺高速飛行很省油的特殊發(fā)動機(jī)。最終美國憑借這款發(fā)動機(jī)打造出聞名世界的黑鳥高空高速戰(zhàn)略偵察機(jī)。
安裝J58組合循環(huán)發(fā)動機(jī)的黑鳥高空高速戰(zhàn)略偵察機(jī)SR71
我國同樣可以利用這款發(fā)動機(jī)打造中國升級版組合循環(huán)發(fā)動機(jī)和升級版黑鳥高空高速戰(zhàn)略偵察機(jī)!
或許是因?yàn)槲覈臏u噴發(fā)動機(jī)水平領(lǐng)先各國,加速了渦輪基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)的研制進(jìn)程。去年年初,成飛所王海峰總師透露國產(chǎn)TBCC組合發(fā)動機(jī)(渦輪基組合循環(huán)發(fā)動機(jī))已經(jīng)完成試飛驗(yàn)證,標(biāo)志著“騰云”空天飛機(jī)已經(jīng)解決了單機(jī)入軌的動力難題!這個進(jìn)度已經(jīng)領(lǐng)先世界了!至今歐美國家都還沒搞出同類發(fā)動機(jī),由此可見昆侖發(fā)動機(jī)功不可沒!
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士別三日,當(dāng)刮目相看!不可因?yàn)闇u噴發(fā)動機(jī)中低空、中低速性能被渦扇發(fā)動機(jī)碾壓,整體性能不如渦扇發(fā)動機(jī),就認(rèn)為渦噴發(fā)動機(jī)應(yīng)該盡早拋棄。這種發(fā)動機(jī)在特殊領(lǐng)域的潛力令人驚訝!時(shí)代不同也會造就它不一樣的傳奇!