心之貌人之形
美国F-35联合攻击机是洛克希德-马丁公司生产的第五代战斗机,安装的是F135加力涡扇发动机,提供191千牛的加力推力,保证战斗机最大飞行速度达到1.6马赫数。由于F-35联合攻击机是美国批准的对外军售项目,需要按合同规定进行外销,在外销的过程中就难免担心F135发动机的技术外泄。
由于特朗普政府在增加外国军备销售方面的关注度有所提升,美国国务院批准通过了不到700亿美元的2017财年对外军售项目合同,F-35联合攻击机就是其中一项。美国的所有对外军售项目,都要经过参议院武装力量委员会和众议院的武装力量委员会批准,在听证会上获得通过之后,就要严格按项目合同落实。因此,尽管美国害怕F135发动机的技术外泄,也要硬着头皮向前推进。
F135发动机继承了F-119发动机的核心机,安装6级高压压气机、1级高压涡轮、1个2级的低压涡轮风扇,拥有高效的气动性能。F135发动机的其他高新技术也非常密集,比如BAE系统公司的全权数字式发动机控制系统(FADEC)、三轴承旋转喷管、滚转控制喷管,等等。为了提高发动机的可靠性和可保障性,F135采用外场可替换部件(LRC),其零部件数量比原来的F119发动机减少了大约40%。美国对外出售的F-35A空军型使用F135-PW-100发动机,它是世界上第二个推重比大于10的战斗机动力系统,也是人类航空史上推力最大的军用加力涡扇发动机。这样独一无二的先进军用航空发动机,美国当然担心泄密。
美国担心F135发动机的技术外泄,其实也是担心美国在军用航空发动机方面的整体优势会因此逐步丧失。美国空军对于F135之后的下一代发动机也一直在研发当中,计划到2021年通过建造和测试适飞的发动机,使下一代战斗机提升30%的航程,提供足够的能量用来发射机载定向能武器,同时利用先进的冷却技术改善战斗机的隐身性能。下一代自适应发动机这三大优势之外,美军还希望下一代发动机促进F-35联合攻击机在量产之后的升级改造,提升低空高速飞行性能,使其能够贴着树梢飞行,具备其他更多目前无法现实的能力。
在美军度过了预算紧缩期的有利形势之下,新型发动机项目将得到相对充足的经费保障,有利于未来的量产列装。普拉特·惠特尼公司先进研发与技术部主任詹姆斯·肯扬表示,公司F-35项目中积累了丰富的发动机设计经验,美国空军、美国海军和公司内部多年以来进行了大量的后期投资,才使公司的技术水平发生了"巨大进步",公司将全力投入的下一阶段研发。投入了大量的资金和人力,相信普拉特·惠特尼公司也不希望自己的技术轻易外泄。
21世纪以来,普拉特·惠特尼公司的航发工程师们对"布雷顿循环"原理进行了改良,寻求增大推力与燃油效率之间的平衡,不断提升燃油效率。当前,大风扇发动机概念已经成功运用到运输机之上,风扇越大驱动的空气越多,单位体积燃油产生的推力也因此越大,一般来说要有四分之三的空气通过发动机的核心机。只不过,在战斗机上无法安装3.6米的大风扇,因此必须发展其他的大推力技术。
因此,美军启动了"自适应多用途发动机技术(ADVENT)"项目,美国空军研究实验室正在融合自适应和可变循环的推进概念,研发高效的航空发动机,改变飞机的通风压力比,使飞行员可以采用节油巡逻飞行模式,也可高速或超声速飞行。另外,美国空军在ADVENT项目的同时,也启动了"自适应发动机技术发展(AETD)"计划,目标是到2020年装备到空军多种型号战斗机,最终发展为第6代推进系统。AETD项目第一阶段结束之后,美国空军表示,F-35联合攻击机将是AETD项目最大受益者,未来也要惠及所有的轰炸机和战斗机。
第6代推进系统的技术含量尽管并不比ADVENT多,但是如果因F-35的出口使"可变循环推进系统"被其他作战对手掌握,将无限提升作战对手战斗机的机动能力、作战半径和燃油效率,在未来空战中也将对美军的防空作战系统构成更大的挑战。
结语:从F135发动机的高超性能我们看出,强大的空军必须有相应的航空科技保证,拥有了先进航空科技的国家,也势必要对其他作战对手严格保密。另外,从美军不断推出的未来发动机研发项目来看,美国已经积累了丰富的航发研发制造经验,未来只需要通过改良技术提高成熟度,就会使第六代以上的作战飞机的推力特性、稳定性、耐久性大幅提高,并更加节能高效,适合战斗机、轰炸机和战术空运等全部主要空战平台,为美国保持住"空战霸主"地位。
123军情观察室
波音737扔中国快40年了,仿制的919发动机还要去国外买,黑鹰卖给我们也35年了,也是卡在发动机,就连LM2500那种船用的燃气轮机,也10几年了没仿制出来,最后052D用2燃2柴,更何况F135那种逆天发动机?涡扇发动机原理我们懂,问题在于工艺和材料,懂的自然会,不会的就是造不出,几十厘米长厚度5毫米不到的核心机叶片上,中间需要镂空,还要打十几个孔散热,1700度左右的高温而且推力那么大转速那么高都不能变形,散热要非常高效,稍微堆积一点热量叶片就融化了,要用地球上最强而且最轻的材质,钛都顶不住,要铼和钛做主材,结合好几种稀土,材料搞定了还有工艺,几乎就是一次成型的东西,0.1毫米的误差都不行,钛铼合金的硬度非常大几乎无法加工,每个叶片都是高科技的工艺品,而一台发动机需要几百上千的叶片。。。
黑山老妖37625003
这么说吧,就算美国把F-135发动机图纸公布出来,这世上也没几个国家能仿制出来。
图:F-135发动机
航空发动机被誉为工业皇冠上最闪亮的一颗明珠,可见其难度之高。目前能真正自产航空发动机的国家无非是那几个工业强国,如美、俄、英、日、中等。要是说到高性能航空发动机,估计这里面还得砍掉两家。
高性能航空发动机涉及的技术难题很多。比如原理,工艺,材料,模具等方面都有非常严格的要求。比如,很多国家想要尝试研制高性能航空发动机机,都因为材料技术不过关而以失败告终。就拿航空发动机的涡轮叶片来说,由于发动机启动会产生巨大的热量,因此对叶片的耐高温能力要求很高。如果涡轮叶片的耐高温性能不过关,根本无法承受这么高的温度,也就意味着发动机根本正常工作。另外,对工艺的要求也很高,高超的加工工艺对提高航空发动机的质量以及寿命具有重要的作用。我们国产航发就是因为材料和加工技术不过关,导致发动机寿命比美俄差一大截。
图:
F-135使用了世界上最先进的材料和工艺技术
而除了发动机本身制造困难之外,美国不怕泄露航空发动机技术的原因,就在于美国并不是谁都卖。美国出售F-35战斗机的对象主要是一些传统盟国,而这其中很多是参与F-35研制的国家。我们都知道,F-35跟F-22“猛禽”不同,F-22属于美国自研项目,而前者属于国际合作项目。F-35原本就是一款基于国际合作开发的多用途隐形战机,是西方国家着眼于未来战争需求,以各国出钱,美国负责研发模式,参考F-22先进技术而进行的一个战斗机研制项目。这些参与国,包括英法等欧洲国家,还有土耳其,以色列等中东西亚国家,以及日韩等东亚国家都是美国的传统盟友。无论是在北约还是其它美日、美韩同盟关系中,美国都是主导者,美国自然不会担心他们会泄露机密。
图:美制F-35隐形战机
另外,最重要的一点是,即使这些国家得到了F-35,接触到了F-135航空发动机等核心部件,但并不意味着这些国家就能接触到核心技术。即使F-35战机到了这些国家服役,甚至由其自己组装,如日本,但出现重大的技术问题,还是需要美国方面来解决。这是因为核心技术才是摇钱树,美国对核心技术一向护的很严。再者,在出售这些F-35时,美国就已经跟各国签订了不能向他国泄露有关技术的协议,否则将面临高额的罚金,甚者美国将因此而终止今后与其合作的可能性。没有哪个国家愿意冒着得罪美国的风险去泄露有关技术资料。
图:F-35B短距起飞/垂直降落型战机在航母上停靠
兵者诡道也
全球能生气高性能发动机的就那么几家公司,美国的通用动力,普惠公司,英国的罗·罗公司,俄罗斯的土星等等廖廖无几的几家公司,航空发动机代表的是航空工业的最高科技,不是每个国家都能模仿的,可以说目前能够完全模仿F135发动机的只有俄罗斯。
也许军迷可能会忿忿不平,难道中国就不能模仿吗?答案是不能,就是能逆向研究模仿,要造出来基本上是20年后的事了,中国目前通过购买俄罗斯战斗机逆向工程模仿俄罗斯发动机就是这样,20年模仿出来跟原装产品差距都很大,这两年还在大量进口俄罗斯发动机呢?
现在就是有机会模仿F135发动机,不知道要到什么时候能模仿出来,而且俄罗斯发动机和美国发动机设计理念不同,比如像F135发动机,寿命高达12000个小时左右,而俄罗斯生产的AL-41F也就6000小时左右,中国模仿的发电机寿命更低,所以说那种高科技就是给你模仿,你也吃不透它的技术。
比如说汽车发动机吧,中国早在50年代基本上就能模仿生产,但是到现在也没有生产出性能媲美欧美的汽车发动机,基本上还是靠进口,要模仿航空发动机难得更大了,所以美国基本上不用担心F135发动机泄密的事。
要说担心,它最担心的其实是俄罗斯,俄罗斯才有那个能力,但是能拿到F-35战斗机的国家,基本上都是美国的亲密盟友,俄罗斯想窃密的话除非偷到一架F-35战斗机,那个可能性几乎没有,所以美国根本不用担心泄密的事。
天行健8地势坤8
发动机不是自行车,发动机不是一堆钢铁的堆砌,它涉及各行各业,是对一个国家综合工业实力的考量。有些国家就算给你图纸,你也可能无法“按图施工”。
我国“玉龙”发动机大家都不陌生吧,项目立项26年!突破技术革新200多项,技术专利127项,试飞和测试科目是其他仿制发动机的4到16倍之多!想想吧,研究一款发动机需要多大的付出。
我国于1984年购买美国S-70黑鹰直升机,发动机为T700。但直到今天,S-70仍是解放军所拥有的高原性能最优秀的直升机。历经30多年,国产直升飞机发动机仍然没有可以超越黑鹰发动机的。通用电气自己也承认,T700的成功得益于通用电气每年多达10亿美元的技术攻关投入,另外就是数百万飞行小时的数据积累。哪怕在早期问题再多, 经过多次磨合后,T700仍然成就了一款绝对可靠而且经典的发动机。所以,发动机不仅仅是一个单独的个体!
打个比方,不知道诸位在校时,是不是班里的第一名,反正我不是。那时,我就拉着我们班的第一名,不会的题他都给我讲,包括考试技巧。但最后我还是考不过他,因为这么多门课,他每一门都很优秀!!说到这里,应该明白了吧,发动机不仅仅是发动机。
小人物的大时代
最通俗的说法就是,飞机发动机不是铁皮罐头,不是你看到他的样子就知道他是怎么造出来的。
1,材料成分不知道白搭。
发动机里面的各个部件材料各不相同,有的地方用高温合金,有的地方用钛合金,有的地方则是用普通的钢,就算是同一类材料,具体的标号也是不一样的,而且不要看那么一点点的差别,但是真正用起来是失之毫厘差之千里。
那有人说了,拿出来分析一下、知道是什么成分不就好了吗?这个技术是有的,但是就好比一道菜告诉你是10%的糖、75%的蛋白质还有15%的脂肪你也做不出来一样味道的菜一样,光知道成分也是不够的,因为一种先进材料想要制造出来,生产过程是非常复杂的,中间的控制过程你不知道也是白搭。
所以即便你把发动机拆开来,每个零件都能拿在手里,但是不知道具体的材料成分、制造出来相应的材料,是没用的。
↑航空发动机中使用的钛合金整体叶盘结构↑
2,加工工艺不知道白搭。
加工工艺这个东西说起来就很复杂了,简单说吧,就是工业产品中的零件毕竟不是橡皮泥做的,不是说你想怎么捏就怎么捏,一堆材料你要有不同的加工方法让零件达到符合你要求的状态,这个就是加工工艺。
最简单的,滞造刀具的时候最后有一道工艺叫做淬火,这个就是比较典型的加工工艺,选用的淬火的液体不同、时间不同、手法不同,都是很有讲究的,稍微差一点儿造出来的东西就是差的很多的。
↑准备进行工艺处理的工业零件↑
这个东西也是你光有零件看不出来的,所以别人不怕你偷走。
3,装配工艺不知道白搭。
两个零件怎么装起来?很多人可能想的很简单,用螺丝一拧,用胶水一粘不就好了吗?
但实际上中的航空发动机肯定是不可能这样的。
↑轴承怎么套到轴上的?↑
最简单的,一个轴承套在一个轴上,怎么让轴承不乱动?有一种方法就是轴承实际上比轴小一圈儿,轴承就像一个橡皮筋一样箍在轴上,这样就不会乱动了。但是这样就有一个问题,怎么装上去?最直接的方法就是给轴承加热、给轴降温,然后热胀冷缩之后赶紧装上去,等两个温度恢复之后轴承就装紧了。
↑加热中的轴承↑
上面这个问题看似是解决了,但是其实还有一个更大的问题,那就是:轴承和轴之间多紧合适?要知道,如果稍微松一点儿两个零件之间就容易脱落;如果稍微紧一点儿,就容易箍太紧把轴承或者轴给搞坏。包括一堆螺栓,你先拧哪个,后拧哪个,最后的结果也是完全不一样的。
所以装配这个事情也是非常关键的,你如果稍微搞不好造出来的东西也是两码事。
4,最关键的是,你不知道人家为什么这么设计。
有一个成语叫做东施效颦,就是别人怎么做你就怎么做,但是你不知道别人为什么这么做,反而最后做不好。
航空发动机作为一种超级精密的设备,尤其如此。前面也说了,失之毫厘差之千里,如果你不知道别人为什么这么设计、为什么这么生产、为什么这么装配,那么你只要做一点点更改,结果都是灾难性的。
中国的航空发动机在仿制的道路上也出过这样的事情,就是你必须要完完全全按照原来的图纸生产、加工、装配,稍微差一点儿都不行,一度是改哪儿哪儿出问题。所以这就相当于被别人卡住了脖子,别人就给你这个型号的发动机,你一点儿进步都不会有。
也就是说,就算你能够拿到所有的材料参数、加工工艺、装配工艺,你依然不知道怎么设计发动机,最后只能够跟着别人屁股后头,看别人脸色行事。而你想要吃透里面的设计技术,其中的困难也完全不亚于重新研发一款发动机。
因此,网上总能够看到各种各样先进发动机的图纸,但是你放心,一般的国家,就算你有发动机的实物,美国依旧不会担心你有能力仿制、甚至于设计出更先进的发动机。
↑F35的发动机的结构图↑
5,当然,拆开看一下还是有好处的。
如果你真的有一台发动机,拆开看一下也是有好处的。不拆白不拆。
最典型的,就是GE90发动机的叶片:
↑GE90发动机和它的风扇叶片↑
我们可以看到,黑的地方是碳纤维,银色的地方是钛合金的包边,所以正常人看到之后都觉得叶片的三个边只有前面的那个边才是装了钛合金的包边的。但是实际上是美国人耍了一个心眼,因为这个叶片三个边都是包了钛合金的,只是有两个边重新涂了涂料,让你看不出来而已。
↑真正的GE90发动机叶片是这样的↑
所以,有的机会就拆拆看吧,没准发现比较好玩儿的东西呢?
SilentTurbine
这就相当于进口英特尔的处理器芯片,全球每年多少国家进口这种芯片,然而有多少国家能仿制英特尔芯片,除去知识产权和专利之外,一个最重要的原因就是你没有设备能制造。
所以说,市场上不存在山寨英特尔的处理器芯片,因为做不到。
以此类比,F35发动机技术是一个庞大的系统性工程,其中最重要的是材料,其中不同原料的配比是难以研究出来的。
还有最最重要的是加工设备,就如同处理器芯片光刻机一样。
这种设备只有一台或几台。
或许原理大家都知道,甚至这种设备的具体数据我们都知道,我们也无法制造完全一样的设备出来。
就如同给你个卷尺去量一个材料的精确数值,精确到纳米,你能做到吗?
道理就是这个道理。
我是八年级
既然他敢卖自然不怕泄漏,短时间内根本没有人仿制出来。还有个问题,他满世界卖不假,但都是盟友,你见他卖给俄罗斯和中国了?除了F35之外F16也是很畅销的战斗机,如果他怕压根就不会出售。下图为F35使用国家
F135发动机分为三个子型号:F135-PW-100(F-35A)、F135-PW-400(F-35C)、F135-PW-600(F-35B),下图为F135-PW-600,可以看到向下的发动机喷口和前端的升力风扇。
F135发动机由美国普惠公司研制(不是造电脑的惠普),是世界上现役推力最大的小涵道涡扇发动机,推力12.5吨,加力推力为19.5吨。由于该发动机空重只有1.7吨,所以推重比达到逆天的11.467。而F135的增推型推力进一步提升至20.4吨,成为世界上第一款推力超过20吨战斗机发动机。得益于F135发动机的强大推力,F35的最大起飞重量达到31吨,这个不起眼的小家伙可以称得上重型战斗/攻击机。与之形成对比的就是双发的F-18E/F“超级大黄蜂”最大起飞重量29.8吨,所使用的F414发动机单台加力推力9.98吨,推重比9.1。
对比于世界其他的现役主流发动机:F119-PW-100加力推力15.8吨,推重比9(F-22)、F-110加力推力14.2吨,推重比7.74(F-14、F-15、F-16E/F)、AL-31F加力推力12.3吨,推重比7.9(Su-27、Su-30、早期歼-10、歼-11)、WS10B加力推力14吨,推重比8.5(歼10、歼20)。还有个关键性问题,就是寿命,F135发动机的全寿命已经达到8000小时(还有数据表明为13000小时),可保障在这方面更是拥有很大的优势,而中俄系发动机寿命普遍在4000小时以下。
关于F135发动机的技术问题关键就在:材料、工艺、软件、经验,抛开软件问题剩下的都是需要大量时间进行技术累积的。先说下材料问题,上面我们也提到了F135的推重比达到11.46,也就说整个发动机在尽量轻量化的情况下要做到这么高的推力对材料是一个极大的考验。特别是发动机叶片和喷管直接暴露在上千度高温下工作,一方面是性能问题,另一方面是寿命问题,空有性能但是没有寿命也是白搭,所以材料直接影响了发动机的性能。而材料就跟做菜一样,用的料不同出来的结果是完全不同的,材料的元素种类、每种元素的占比、每种元素在冶炼过程中加入的时间、材料冷却方式都会影响最终材料的性能。但是这些东西只能靠你一点点去尝试,别人不可能直接告诉你这个材料应该怎么去做,甚至说即便别人告诉你配方了,你也不能做到完全复制。
再就是加工问题,特别是风扇/压气机叶片加工,可以说叶片加工的工作量占到整个发动机的30%以上。而随着不锈钢、钛合金、高温合金钢这类材料的强度和其他性能的不断提高,加工难度也是不断增加的,一方面是精度另一方面是成型难度。目前的叶片主要是多轴数控加工、精密铸造、精密锻造、精密成型。而且叶片加工完成后还必须要进行表面处理。没有精密的加工设备和加工工艺就算完全测绘、材料也到位也没有用。
下面就是软件,航空发动机可不是给一脚油就行,它里面有一套航空发动机的飞控系统,这套系统其实也就是五常和以色列能做到“先进”。剩下那些国家根本做不出来,没有配套的软件发动机就发掘不出真正的性能,甚至油耗都控制不好。
最后就是经验,仿制这个发动机要走多少弯路就取决于你之前有多少经验,包括设计经验、加工经验。所以说,为什么发动机这种东西被称为“工业皇冠”,他涉及到的学科和工业门类实在是太多了,扔给你一台发动机让你拆了你看你还能不能还原回去,就算给你设计图纸你都不一定能仿制出来,或者说这个发动机让美国自己的通用公司去做都不一定能做出一模一样的。所以美国怕什么?他那些盟友除了少数几个国家有先进的航空工业之外大部分都不具备这个实力,就算是英国罗罗仿制也没法达到普惠的水平。
不过话又说话来,你要是有本事仿制出F135这个能力那你的水平绝对能争夺全球第一,既然有这个能力了那你还仿制什么?直接自己搞不就行了。
雏菊西瓜Peterpan
其实美国全世界的卖战斗机还真不怕发动机技术泄露,之前的回答大体说了一下,F-35是有一个叫做健康管理系统的软件模块会将每架F-35的运行状况直接上传到洛克希德马丁公司的服务器上,在对战机故障预警之余也对战机的不安全行为进行审计。
上个回答说了健康管理系统,那么在这个回答里面W君就重点说说发动机技术吧。
F-35所使用的发动机是普拉特惠特尼公司生产的F135发动机。对应到不同型号的F-35战机分别为100、400和600型。
在F-35B上这台发动机通过离合器接驳了一个升力涡轮风扇。整体的发动机核心没有变化。
从工厂现场施工照片中看即便是安装在非垂直起降的F-35型号上面的F135发动机也是保留了旁路歧管的,只不过用圆形的盖子进行了简单封闭。从这一点看F135发动机的通用性是相当强悍的。
发动机最主要的技术有两点第一是轻量化,第二就是燃烧效率。
先说轻量化,用于F-35A战斗机上的F135-PW-100发动机仅仅重1.71吨,就可以提供191.35千牛的推动力。推重比达到了11.46这是一个十分惊人的数据。相对于当年用在F-14、F-15、F-16上面的F-110发动机(最大推力142千牛、1.84吨、推重比7.9)来说就是一个质的飞跃了。飞机发动机的轻量化在于减小结构重量用更薄更轻的材料,但问题来了在高温高压下工作的发动机叶片和喷管能不能承受住发动机的上千度高温和巨大的压力就是一个挑战。而且在常温状态下的叶片和喷管加热到高温状态下热膨胀和离心力的造成的变形是一个没有发动机制造经验的企业所不能掌握的数据。众泰皮尺部不能在高温高速下进行测量的。
因此即便是将发动机拆成静态的零件也无法进行准确的复制。
第二点燃烧效率,刚刚提到了F135-PW发动机可以达到191千牛的推力,但是这台发动机并不费油,可以做到250克·千牛/秒的油耗,也就是说在最大推力的工作状况下每秒才会消耗47.75千克的燃料。以F-35A战斗机8.3吨的载油量来说,可以维持3分多钟的最大推力。对比F-14的F110发动机来说,在F-14开到最大加力推力的时候仅仅35秒就会耗光所有7.3吨的机内燃料。
发动机的油耗控制和发动机结构相关,但更多的在于软件控制,F135发动机配套的控油软件也是极其强悍的。但军用软件的破解难度不像我们破解一个软件加密的序列号那么简单,也是像重新编写一样困难的存在。
因此即便是拿到了F135发动机对于普通的国家来说如果复制还不如重新制作一款发动机来得实在。至于性能能不能达到F135那么彪悍就全靠禅意了。
军武数据库
很多人一说起发动机就是只知道骂!完全不考虑中国国家实力和技术发展的时间曲线。黑鹰引进时是80年代,,一般人的月工资才40来块!以当时60年代的平均技术水平(这还是高估了)哪里有资金和技术去仿制。大推力涡扇发动机是从苏-27引进才开始接触的,但同时美国已经把F-119和F-120装机试飞了。当时中国量产的发动机只有50年代水平的涡喷!怎么可能一下就搞出80年代的大推?况且中国90年代初连100亿外汇都拿不出来,就算有人卖都消化不了。可以说到2000年后中国才逐渐完善自身的工业体系具备了制造先进发动机的能力,同时也具备了相应的财力来支撑技术发展。目前达到美国90年代水平的涡扇-15快出来了,但美国更先进的推比20以上的核心机也差不多了,现在就看美国能不能拿出钱💰来再次超越(现在看没这个钱了)。总之超越的机会是有的但要放到20年的时间段了。