近期,762號伊爾-76掛載為運-20配套的渦扇-20的試驗畫面曝光;而在去年年底,另一架伊爾-76試驗渦扇-18的消息也傳出。有了渦扇-20,為何又有一個渦扇-18?中航商發的CJ-1000A,以及SF-A又是啥?本期為您解讀中國大飛機發動機。
更為人熟知的渦扇-20是在渦扇-10「太行」發動機的基礎上進行去除加力燃燒室,加大外風扇直徑等一系列改進後的高涵道比渦扇發動機,後面細說。渦扇-18發動機由成都發動機公司負責生產,它是伊爾-76運輸機使用的D-30KP-2的仿製品,D-30KP-2也是運-20現階段試飛使用的發動機。
D-30KP-2最大推力達125千牛,但這一指標是靠多達11級的高壓壓氣機和4級低壓渦輪(單個壓氣機/渦輪效率太低),及導致的超長軸距複雜軸承換來的,使其推重比僅為4.79;材料問題導致風扇尺寸小(通俗的說就是不夠粗),涵道比低,推力進一步提升的空間有限,而且耗油量也偏高。
但D-30KP-2勝在性能可靠,生產周期短成本低,即使戰時應急大規模生產時降低工藝和材料標準,其性能下降的也並不明顯(典型冷戰時期的蘇聯軍隊裝備邏輯);另外使用保護對人員場地要求不高,適合需要在前線惡劣條件下操作的軍用運輸機使用,笨重的缺點對大型飛機來說也可接受。
除了伊爾-76和空警-2000之外,習主席最近視察的中國空軍未來10年內的主力轟炸機轟-6K也在使用D-30KP-2,未來該機還可能有裝備海軍航空兵的改進型,D-30KP-2的裝機數量將以百計。所以即使從長遠角度看來,運-20上的渦扇-18最終將被渦扇-20取代,渦扇-18仍舊是不缺乏裝機市場的。
雖然簡稱就差一個字,但近年來成發和成飛的境遇遠不能比。在國內航發生產企業中,成發可以說是底子最薄弱的,在渦噴-6發動機之後就沒有過一個發動機批產型號,僅僅參與過渦噴-13的早期試製。在殲-6大面積退役後,成發一度只能靠為強-5配套的50年代水平的渦噴-6生產備件生存。
還好90年代空軍引進伊爾-76之後把維修D-30KP-2的任務交給了成發,這才沒讓當時一度差點真的死過去(參考賈樟柯電影《二十四城記》中場景)真的一蹶不振。所以在今天各航發廠均有多個重點型號需要攻關時,把山寨D-30KP-2這款70年代技術水平發動機的任務交給成發也是很合理的選擇。
不過型號可以「分鍋」,研製過程中有些環節的競爭還是免不了,比如就一個高空臺,「備胎」渦扇-18隻能排在「正房」渦扇-20後面;試飛院只有一架760號伊爾-76試車平臺正用於渦扇-20的試驗,全新發動機試驗周期長,實在是分身無術;在我國伊爾-76數量不足的情況下,只能另闢蹊徑。
由於空警-2000研製早已完成,762號空警-2000原型機也已結束了對空警-500上的新一代預警雷達設備的驗證工作,因此試飛院把該機的大型雷達天線罩和相關設備拆卸,762號的用途改變為和760號一樣的發動機試車平臺,在我國新型航空發動機項目越來越多的局面下,這個創舉極具價值。
據成發網報導,2014年12月6日,「某型號發動機」自9月16日成功交付試飛單位以來,歷時80天,在完成了地面裝機、測試改裝和科研試飛等工作後,圓滿完成了整個試飛工作。從如此之短的試飛周期來看,可以認為渦扇-18對D-30KP-2的改動不多,這也符合成發的技術水平。
作為一個「短平快」項目,渦扇-18和D-30KP-2的高度可替換性對部隊後勤來說是一件好事,無論是用於早期量產的運-20,還是換裝其他戰機上的D-30KP-2,作戰部隊可以直接沿用日常保護後者的體會去保護前者,有助於戰爭力的形成和保持。對於部隊而言,有時候先進不一定等於好用。
由於設計脫胎於渦扇-10,因此渦扇-20早期驗證階段曾經有過渦扇-10-118的代號,後來隨著大型運輸機項目獲得了運-20的正式型號,其型號也隨之定為渦扇-20。作為我國第一款全新研製的高涵道比渦扇發動機,渦扇-20的研製周期較長,首張在伊爾-76試車臺上的圖片於2014年1月曝光。
考慮到渦扇-10的進展與CFM-56的關係以及國內的技術儲備,渦扇-20的整體性能指標應當接近1993年裝機使用,推力達到13-14噸的CFM-56-5C系列。從渦扇-20發動機短艙的圖片看來,其外形也確實比較粗短,涵道比估量會接近CFM56-5C的6左右,相比涵道比僅有2.4左右的渦扇-18提高明顯。
有些網友認為,既然運-20已經使用渦扇-18的原型D-30KP-2完成了最大起飛重量和最大載重量兩項關鍵指標的試飛,那為何還要下大氣力進展渦扇-20呢?對於運輸機而言,這兩項指標的好壞,主要看的是飛機的基本氣動和結構設計是否成功,發動機推力的差異並不會造成太大影響。
但渦扇-18的推力和耗油率這兩項指標卻會對運輸機的另一大重要指標——航程造成嚴峻不良影響。運-20當然可以用D-30KP-2實現和C-17相差無幾的66噸載重,但卻無法擁有像C-17那樣的滿載航程。等到推力更大,耗油更低的渦扇-20能夠裝機時,運-20達到最大設計航程指標就不再是夢想。
由渦扇-18先頂著,保證運-20初期服役階段有成熟的發動機可用,將使得渦扇-20的進展環境更加寬鬆。而對於採納翼下吊掛發動機短艙布局的大型飛機來說,更換發動機對飛機本身設計的影響要比戰爭機更換新型發動機小很多,因此不必擔心運-20更換渦扇-20會導致服役時間拖延。
而在2009年公開展現的SF-A(「商發」-A)可謂渦扇-20的民用版,但在反推力裝置等諸多細節上作了改動,在這次展現中商飛展出的SF-A全尺寸模型,據說就是把渦扇-20的模型請來擺著,從圖中可以窺見和渦扇-20的相似之處。但由於後來C919項目需求的變化,SF-A近年來已經偃旗息鼓。
CJ1000A/長江1000A,是商飛集團下屬的商發全新研製的首款純商用航空發動機,計劃作為C919客機完全國產化之後的配套國產動力。由於目前C919已經選定CFM國際的Leap-X發動機,其試飛全程包括適航取證過程,以及前期投入市場時期肯定還是要使用Leap-X,這給了CJ1000A充足的進展時間。
因此指標更高的CJ1000A的目的更多是立足長遠,通過國際合作儘可能獵取先進技術,著名的德國MTU(高壓壓氣機部分)以及義大利AVIO(燃燒室部分)都將作為CJ1000A的系統供應商。最終的CJ1000A也許並不能達到最頂級的水平,但在這個過程中無疑能夠學到大量有價值的內容。
很多人對商飛在型號研製中仍舊大量使用國外成品技術感到不滿,這就需要客觀看待我國在民機領域特別是民用發動機領域和國外巨大的差距(甚至比軍機領域還要大):當GE90/NX,遄達XWB這些400-500千牛級別的西方後工業時代的神器已經漫天飛的時候,我們的渦扇-20還在試車臺上。
小編認為,如果能藉助CJ-1000A這種整機項目展開航發領域的商業化合作,讓國內的優秀企業加入其中,對航發產業的長遠進展將是利好。舉例來說,無錫透平葉片公司已經能夠為羅羅這樣的航發巨頭提供低壓渦輪,如果能夠以這類方式將這類企業充分納入國產航發研發,前景十分值得等待。
國內首次渦扇發動機模擬反推力風洞試驗完成,標誌著中國在航發研製配套試驗方面又有了新突破。「千裡之行始於足下」,如何以科學的態度,在不斷追趕中逐步建立起一套獨立自主的航發科研生產體系,將是我們未來關注的重點。(新浪)
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