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殲-20到底用了什么發(fā)動機(jī)?
關(guān)鍵字: 俄發(fā)國發(fā)飛火推一體不是飛火推一鍋煮【文/ 觀察者網(wǎng)專欄作者 晨楓】
殲-20是個謎。殲-20的外形已經(jīng)不是謎了,但即使殲-20已經(jīng)在珠海和沙場閱兵上公開飛行,中國軍方對殲-20的關(guān)鍵參數(shù)、關(guān)鍵系統(tǒng)依然守口如瓶。在眾多的謎中,殲-20最大的謎之一無疑是殲-20的發(fā)動機(jī)。除了殲-20使用兩臺發(fā)動機(jī),到現(xiàn)在為止,所有其他信息都是推測。除了語焉不詳、怎么解釋都可以的只言片語,官方是一點(diǎn)有用的消息都沒有,網(wǎng)上則是什么消息都有。但除非有人站出來,宣布奉旨“官泄”,網(wǎng)上再“權(quán)威”的消息依然只能當(dāng)作推測。
殲-20的發(fā)動機(jī)大體有幾種猜測:
1、俄羅斯AL-31,有可能是增推的M1或者M(jìn)2而不是基本型
2、渦扇-10B“太行”
3、增推的渦扇-10IPE(IPE應(yīng)為Improved Performance Engine的縮寫,也就是改進(jìn)型)
4、渦扇-15
AL-31是蘇-27系列的發(fā)動機(jī),已經(jīng)有多種改型。為殲-10B研制的Series 3的加力推力已經(jīng)從基本型的123kN增加到134.3kN。為新版蘇-30、蘇-34研制的M1也是135kN,但最新的M2則增加到145kN。蘇-35和蘇-57的AL-41也與AL-31有淵源,有時直接成為AL-31-117或者-117S,推力在142-147kN級。蘇-57的目標(biāo)發(fā)動機(jī)則是“項目30”,這是全新設(shè)計的,加力推力應(yīng)該達(dá)到178kN。
應(yīng)該指出,AL-31的各種亞型從型號名稱到推力數(shù)據(jù)多有混亂,這里的數(shù)據(jù)只是一家之言。
沈陽黎明的渦扇-10B“太行”的研發(fā)一波三折,但由于研發(fā)時間較晚,反而有條件采用一些典型第四代戰(zhàn)斗機(jī)渦扇發(fā)動機(jī)才使用的先進(jìn)技術(shù),如對轉(zhuǎn)的高低壓渦輪和高達(dá)1800K的渦輪前溫度,涵道比也達(dá)到0.78,高于AL-31F的0.59和普拉特-惠特尼F100-220的0.63,與通用電氣F110-129的0.76相當(dāng)。
在2014年珠海航展上,廠家透露渦扇-10的推力在12000-14000公斤(122-138kN),最好的型號達(dá)到14000公斤。122kN與AF31基本型推力相同,122kN和138kN可能是基本型與增推型的差別。增推型的生產(chǎn)狀態(tài)還不清楚,也不清楚這是否就是IPE。
如果比照AL-31,從基本型到M2,推力增幅為18%;比照F100,從-100的106.4kN增加到-229的129.7,增幅為22%??紤]到渦扇-10的設(shè)計采用了一些實(shí)際上是下一代的設(shè)計,增推潛力應(yīng)該至少不低于AL-31和F100。取兩者的平均,也就是20%,那渦扇-10IPE的加力推力最終可能達(dá)到146kN級。
這當(dāng)然是樂觀的估計。AL-31用了30年才達(dá)到18%的增推,F(xiàn)100也用了17年。如果不是蘇聯(lián)瓦解后的極端經(jīng)濟(jì)困難,AL-31的增推可能用不了30年,但十幾年應(yīng)該還是要的。F100是普拉特-惠特尼的第二代戰(zhàn)斗機(jī)渦扇,此前已經(jīng)通過TF30(用于F-111和F-14)積累了大量研發(fā)和使用經(jīng)驗,這是黎明不具備的。但黎明也有后發(fā)優(yōu)勢。考慮到渦扇-10B大批使用到現(xiàn)在還不到10年,渦扇-10IPE要達(dá)到146kN級的推力,可能還是需要一點(diǎn)時日。
渦扇-15的一切都還是個謎。有說法軍推達(dá)到110kN左右,加力推力達(dá)到180kN(一說197kN),在2005年已經(jīng)進(jìn)行過臺架試驗,在2009年已經(jīng)達(dá)到160kN的推力,推重比達(dá)到9(最終目標(biāo)10-11)。但這都只是外界傳說,無法確認(rèn)。渦扇-15的研發(fā)進(jìn)度和生產(chǎn)狀態(tài)更是保密的。一般認(rèn)為,渦扇-15將成為殲-20的目標(biāo)發(fā)動機(jī)。
殲-20的起飛重量現(xiàn)在只有各方推測,但一般認(rèn)為,殲-20具有超巡和超機(jī)動能力。超巡需要在軍推下達(dá)到M1.5一級的速度,勉強(qiáng)超過音速是沒有意義的。作為比照,F(xiàn)-22的正常起飛重量為29400公斤,戰(zhàn)斗機(jī)的軍推推重比為0.8。
對于五代機(jī),一些硬指標(biāo)需求是一致的,F(xiàn)-22的硬指標(biāo)可以作為殲-20的指標(biāo)推測來源
軍推推重比0.8左右是必要的。F-104的加力推重比為0.76,米格-21為0.81。這些50年代的戰(zhàn)斗機(jī)只有在加力狀態(tài)下才能達(dá)到超音速。為了達(dá)到M2的速度,把減阻做到了極致,代價是機(jī)動性。F-22、殲-20這樣的新一代戰(zhàn)斗機(jī)需要優(yōu)秀的機(jī)動性,在減阻方面不可能那么極端(但依然比以阻力換機(jī)動性的第三代戰(zhàn)斗機(jī)如F-15、蘇-27的超音速阻力顯著降低),相應(yīng)地推重比需要高一點(diǎn),或者超巡速度降低一點(diǎn)才行。
殲-20的超巡能力不得而知。阻力在接近音速時急劇提高,但跨過音速后,反而降低,因此有跨越音障的說法。有報導(dǎo)說早期殲-20在成都上空曾多次造成音爆,這是超音速飛行的特征。
超音速產(chǎn)生的音爆不僅擾民,而且可能造成玻璃破碎、物件震落,嚴(yán)重的情況可以造成身體不適。這是從50年代就知道的事情,也因此一般禁止在城市或者人煙密集地區(qū)上空做超音速飛行。成飛的試飛員不可能不知掉這一點(diǎn),殲-20的超音速能力也不是應(yīng)該在城市或者人煙密集地區(qū)證明的事情。
最可能的原因就是相對于現(xiàn)有發(fā)動機(jī)(一般認(rèn)為早期殲-20用AL-31作為動力)的推力,殲-20的跨音速阻力出乎意料地低,試飛員在無意之間就突破了音障,造成了音爆。如果屬實(shí),這是殲-20超巡能力的間接證據(jù)。
有人根據(jù)珠海視頻推斷,殲-20已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了軍推垂爬,因此達(dá)到1.0以上的軍推推重比,由此推斷殲-20不可能采用除渦扇-15之外的任何發(fā)動機(jī),因為AL-31和渦扇-10不可能達(dá)到那樣的軍推推力。
視頻是很不可靠的。在沒有儀器測量或者地物參照的情況下,單靠單一視角的視頻是難以判斷戰(zhàn)斗機(jī)是否在垂直爬升。戰(zhàn)斗機(jī)是可以借助水平速度躍升的,這就是中學(xué)物理中動能換位能的道理。躍升速度可以在一段時間里顯著超過穩(wěn)定爬升速度。所以,即使在爬升中沒有顯著的目視減速,也不說明這就是穩(wěn)定的爬升速度。
具體到軍推推重比1.0以上,現(xiàn)在還沒有已知的任何戰(zhàn)斗機(jī)達(dá)到軍推推重比1.0以上。當(dāng)然,更換概念是可以的,在軍推推力下,F(xiàn)-22只攜帶1800公斤燃油和不帶任何武器的話,是可能達(dá)到軍推推重比1.0的。但是1800公斤只占8200公斤機(jī)內(nèi)燃油量的22%,肯定不是作戰(zhàn)狀態(tài),只夠本場起飛、表演。
事實(shí)上,即使在航展表演中,也沒有見到過任何可以確認(rèn)的F-22在減油狀態(tài)下用軍推垂爬的消息,因為從表演效果而言,這沒有必要,也不見得比用加力的垂爬好看。珠海的殲-20不是本場起飛、著陸的,可能是直接從成都飛過來的。算上返航燃油和必要的應(yīng)急余油,很難想象在珠海的時候只有20%左右的燃油。
另外,殲-20在珠海的飛行表演總體上溫吞水一杯,很難想象反而要展現(xiàn)軍推垂爬這樣的極限動作。在沒有更確切的信息之前,只能推斷這不是軍推垂爬,只是較大角度的斜躍升。
尾噴口狀態(tài)上看,珠海航展上殲-20的表演中是開了加力的
至于更換概念的軍推推重比,推重比通常是按照正常起飛重量計算的,也就是包括飛行員、機(jī)內(nèi)燃油和基本機(jī)載武器的重量。正常起飛重量通常在最大起飛重量的65-75%,當(dāng)然有例外。正常起飛重量是按照飛機(jī)的任務(wù)確定的。用低于正常起飛重量的其他重量(如半油重量)作為計算基準(zhǔn),除非有特別指明的目的,只能是博取好看的花招,缺乏實(shí)際意義,就像量腰圍的時候使勁吸氣收腹一樣,只是自己騙自己。要可比,還是應(yīng)該以飛機(jī)的基準(zhǔn)設(shè)計任務(wù)重量(也就是正常起飛重量)為準(zhǔn)。
至于殲-20空重可能大大低于F-22、所以有可能達(dá)到軍推推重比1.0,這更是很牽強(qiáng)的推斷。中國的材料和制造技術(shù)取得了巨大成就,殲-20比F-22晚了20年,所以可以得益于更加先進(jìn)的設(shè)計技術(shù),這些都是確實(shí)的。但戰(zhàn)斗機(jī)的空重、正常起飛重量、最大起飛重量不僅取決于材料、設(shè)計和制造技術(shù),更取決于作戰(zhàn)使命。反過來,先進(jìn)技術(shù)提供了結(jié)構(gòu)上的減重空間,也同時提供了增加更多的系統(tǒng)、燃油、武器掛載量的空間。戰(zhàn)斗機(jī)重量的大趨勢是增加的,并不因為局部結(jié)構(gòu)減重而減輕。
如前所述,殲-20到底是多少重量,這還是保密的,但為了湊軍推推重比1.0而硬性推測空重,這就太牽強(qiáng)了。
現(xiàn)在還沒有準(zhǔn)確的殲-20尺寸的數(shù)據(jù),只能從座艙蓋對比來推測殲20略大于F-22
假定渦扇-15達(dá)到了傳說中的110kN軍推,并比照F-22的0.8軍推推重比,那殲-20的正常起飛重量在28000公斤左右,最大起飛重量在39000公斤左右。與F-22大體相當(dāng)??紤]到殲-20的氣動外形比F-22更加有利于減阻,配備渦扇-15的殲-20的超巡性能應(yīng)該至少不低于F-22。
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