人类对飞行极致的需求使得飞行器越来越复杂与昂贵。军用飞机特别是战斗机,需要在剧烈速度变化中实现空中机动。10几吨的战斗机,要在几百米的距离内飞上天空,并迅速达到甚至超过音速,还要达到上千公里的航程。
随着军用飞机的使用环境日趋苛刻,发动机已经成为未来研制作战飞机成功的关键。航空发动机制造商,正在成为上千亿军用战机订单背后的利益角逐者。2012年11月,通用电气和普惠公司获得了价值超过6.8亿美元的演示验证变循环战斗机发动机合同,将在2013年进行自适应风扇发动机的验证机试车。媒体披露,这次验证的相关技术,将在2020年左右达到实用状态,既有可能应用于现有的F-35战机,也可能配套未来的第六代作战飞机使用。一切似乎都在昭示,继第五代F-119发动机之后,第六代发动机竞赛打响了。
中国多年来一直致力于提高国产发动机技术。美国军事网站“战略之页”3月16日报道称,中国日前投资160亿美元,欲攻克在制造高性能喷气机发动机时遇到的难题。报道还称,虽然中国已为此奋斗了30多年,但仍被发动机的材料耐用性、设计性能以及质量控制等问题困扰,无法匹敌与西方对手。
报道举例说,中国研发WS-10A发动机已有25年,希望以此取代歼-10/11/15/16战机上使用的俄罗斯AL-31F发动机。但是这一过程并不顺利。AL-31F在由俄罗斯交付给中国后,在900个飞行小时内运转正常。中国工程师们已找到了如何对这款发动机进行微调、使其工作时间提高到1500小时的秘诀。但是,这种微调一直没能实现预计的效果,因为中国无法生产出符合质量和耐用性需求的核心部件。十多年来,中国一直希望摆脱对俄罗斯发动机的依赖,但一直未能如愿。这也是这项160亿美元投资的主要原因。
在12年中,中国进口了与WS-10A类似的两款俄罗斯发动机。一款为价值350万美元、装备于苏-27/30上的AL-31,另一款为价格250万美元、装备于JF-17(中巴共同研发与F-16十分类似的机型)的RD-93(是米格-29所装备的RD-33的另一种版本)。在此期间,中国工程师们潜心研究,希望掌握制造一款俄式AL-31F的中国版本的技术。目前,他们已经可以在纸上设计出能与西方竞争的WS-10A发动机;但在地面测试时,该发动机的可靠性、持久性都存在一些问题。
报道分析说,在过去十年中,中国投入巨资提高发动机国产能力,所遇到的困难,与苏联当年攻克发动机设计及制造技术难题时遇到的十分类似。不过现在中国知道俄罗斯犯下的错误,可以避免这些错误。此外,中国能接触到更多的外国技术。最后,中国与苏联不一样的是,可以在市场经济下发展自己的发动机制造能力。这比苏联70年前在计划经济下的发展更为高效。虽然仍面临诸多问题,但中国坚定信心,要掌握俄罗斯发动机制造技术,然后打败在这一领域一直称雄的西方公司。
美国研制自适应风扇发动机,预计2013年试车
对于第五代战斗机来说,需要起降距离更短、航程更远、超音速巡航能力更强。发展到这个阶段,人类飞行已经早已远离浪漫。和鸟类肌肉力量相比,喷气发动机是“暴力美学”的工程典范。按照一些极端者的说法,只要有发动机,就是一块砖头也能飞起来。
随着军用飞机的使用环境日趋苛刻,发动机已经成为未来研制作战飞机成功的关键。航空发动机制造商,正在成为上千亿军用战机订单背后的利益角逐者。
2012年11月,通用电气和普惠公司获得了价值超过6.8亿美元的演示验证变循环战斗机发动机合同,将在2013年进行自适应风扇发动机的验证机试车。媒体披露,这次验证的相关技术,将在2020年左右达到实用状态,既有可能应用于现有的F-35战机,也可能配套未来的第六代作战飞机使用。一切似乎都在昭示,继第五代F-119发动机之后,第六代发动机竞赛打响了。
研制第六代发动机,与现代战争对作战飞机的严酷要求紧密相连。一方面,战斗机要朝着多用途方向发展;另一方面,从低亚声速待机到高亚声速、超声速巡航机动,战斗机的飞行范围不断扩大。
从历史上看,美国的第一种五代战斗机F-22采用了普惠公司的F-119发动机,其后的F-35则采用了由F-119衍生的F-135发动机。考虑到F-22和F-35上万亿的采购规模和发动机在战机整体价格的巨大比例,普惠公司在这场发动机竞赛中,至少获得3000亿美元的发动机生产合同。
如此巨大的市场,难怪通用电气这样的失败者一点都不甘心。这些年,通用电气一直坚持F-136发动机的研发。在F-136最后被终止之后,美军又适时启动自适应发动机技术研发计划。普惠公司生产单位所在四个州的参议员,联名向美国空军质询:自适应发动机计划是不是F-136的复活?美国空军是不是在寻找F-135的替代品?美国空军不得不公开表示:这不是复苏F-35备选发动机,而是技术升级和预研,并把普惠公司也纳入到了这个项目之中。
所谓的变循环发动机,是指在一台发动机上,通过改变发动机的一些部件的几何形状、尺寸或者位置,来实现不同热力循环的燃气涡轮发动机。变循环发动机目前主要的研究方向是改变涵道比:在爬升、加速和超声速飞行时减小涵道比,以增大推力;在起飞和亚声速飞行时,加大涵道比,以降低耗油率和噪声。
从现有资料来看,通用电气在变循环发动机研制中处于领先地位。普惠尽管也有变流路控制这类变循环发动机技术,但相对通用电气仍然落后。这也是其一直对F-136以及自适应发动机计划非常警惕的主要原因。
无论自适应发动机最后能取得何种成果,第六代战机“心脏”竞赛已经打响。尽管和发达国家有着不小差距,但在资源调配和技术后发上,中国有着自身优势。因此,在这场竞赛中,我们一定要以超前的眼光,综合各方面智力,为中国航空动力未来技术绘制一份稳妥、可靠的发展路线图。