01.26 新殲擊機對動力的需求催生新發動機

FWS-10渦扇發動機的研製可以上溯到20世紀80年代,當時國產殲-8II的設計已經進入尾聲,即將進入試飛階段;而國外第三代作戰飛機已經研製成功,美國的F-15、F-16已經批量裝備部隊,蘇聯新一代作戰飛機也在發展之中。在這種情況下,中國空軍開始考慮新一代戰鬥機的研製。1982年,鄧同志在聽取了空軍及工業部門的彙報之後,決定“拿出5億元,發展新一代殲擊機”,由此,新殲(殲-10)的發展正式步入正軌。


新殲擊機對動力的需求催生新發動機

殲-10戰機

根據空軍最初的要求,新殲的戰術指標要優於蘇聯空軍當時的主力戰鬥機米格-23,接近美國空軍第三代作戰飛機;而蘇聯/俄羅斯在研製PS-90A渦扇發動機的時候,仍需要尋求美國的技術支持。與早期作戰飛機相比,第三代戰機增加了超視距攔射、精確對地/海打擊、電子戰等功能,同時飛行性能也大幅度提高,以致飛機的空重、最大起飛重量明顯增加。


根據相關資料,飛機起飛重量每增加1%,其飛行性能、起降性能相應要下降1%左右,而機動性能則要下降2%,這就需要增加飛機的升力。但升力增加,阻力也隨之增加。為了保證飛機有足夠的飛行、起降性能,就必須增加發動機的推力和推重比,因此第三代作戰飛機(如美國的F100/F110系列和俄羅斯的AL-31系列等)都普遍配備了大推力、高推重比渦扇發動機。


從性能來看,第三代大推力、高推重比渦扇發動機比一代航空發動機有明顯提高,為第三代作戰飛機性能的提高打下堅實的基礎。以AL-31F為例,它的重量為1500千克左右,加力推力達到12.5噸,而上一代AL-21渦噴航空發動機重2000千克,加力推力卻只有11噸,也就是說,在重量減少500千克的情況下,AL-31F的推力反而增加了1.5噸左右。現代作戰飛機對於重量是非常敏感的,這個意義不言而喻。


新殲擊機對動力的需求催生新發動機

米格-29

稍後,蘇聯公開了新一代作戰飛機米格-29,其戰術技術指標明顯優於米格-23,這樣,新殲原有的戰術技術已經難以適應未來戰場的環境,所以空軍隨之調整了其戰技指標,明確要求新機能夠對抗米格-29這樣的蘇聯第四代(西方標準第三代)作戰飛機。要滿足這樣的戰術技術指標,國產作戰飛機就必須實現從第二代到第三代的跨越,這就要求中國航空工業乃至其他行業突破一系列關鍵技術問題,包括航空電子及綜合航電、機載武器及火力控制系統、數字式電傳操縱系統、先進材料及製造、高推重比渦扇發動機等。考慮到當時中國航空工業及其他行業研製新殲的能力仍舊不足,有關部門提出了“以我為主,力爭外援”的方針,積極利用當時有利的國際環境,引進國外先進技術和系統,滿足新殲的研製需要。經過努力,新殲的航空電子、數字式電傳操縱、材料及工藝、機載武器等領域的對外合作都取得了明顯的進展,為新殲的研製打下了良好的基礎,但在關鍵的航空發動機方面卻沒有取得明顯突破。


我們知道,航空發動機被稱為“工業革命皇冠上的鑽石”,對一個國家的經濟技術基礎要求極高,甚至要高於飛機本身,以至於有人說,“決定一個國家研製什麼樣飛機的不是飛機設計師,而是發動機設計師”。英國可以放棄整個飛機工業,但卻傾其全力來保羅·羅公司,憑藉羅·羅公司在航空發動機領域的雄厚實力,英國成為除美國之外能獨立為民航客機生產大涵道比渦扇發動機的國家。相比之下,法國還需要與美國組建合資公司,並且在發動機關鍵技術領域方面依從國內外飛機設計工程經驗來看,發動機重量每減少1千克,飛機的結構重量可能就會減少5千克以上。這是因為,固定設備的重量稍有增加,就需要增加飛機的容積和結構,同時為了保證翼載荷不會增加,還需要擴大機翼面積,為了保證航程,又需要增加燃料,為了保證起降架有足夠的剛度和強度,還需要加強起落架。正是這樣的滾雪球效應,導致飛機的空重直線上升。


新殲擊機對動力的需求催生新發動機

WS-15

飛機重量的增加還會導致成本和價格攀升,現代作戰飛機的造價都在數千萬美元甚至上億美元,分攤到飛機上每千克的成本非常高。考慮到現代作戰飛機都是大批量採購,所以這個價格最終可能是天文數字,這也是為什麼飛機設計的時候,一開始就須確定其尺寸和重量的主要原因。


1984年,成都飛機公司奉命進行新殲(殲-10)研製,設計面臨的一個主要問題就是缺乏必要的發動機。這個難題一直困擾著殲-10,並且差一點導致這個型號下馬。當時,國內正在研製的大推力渦扇發動機是WS-6,是中航動力所從20世紀60年代就開始研製的第二代渦扇發動機。該發動機重量2100千克,最大加力推力12.2噸左右。從這裡可以看出,WS-6在推力與AL-31F相當的情況下,重量比後者增加了300-500千克左右,配備這樣的發動機顯然會影響殲-10的性能。另外,它的涵道比達到1,也不利於殲-10高空高速性能的發揮。從相關資料來看,WS-6當時的技術狀態也難稱完善。由於前期技術不足,部件試驗不充分,使得發動機在試驗過程中出現了大量問題,經反覆調試,有關廠所做了大量工作仍舊沒有完全解決。儘管為了配合新機的研製,有關廠所研製了WS-6G發動機(它在重量減少100千克的情況下,推力提高13%,推重比提高到7),但是考慮到發動機的研製進度、發展潛力等原因,最終未能立項。從1978年起,航空工業針對第三代航空發動機開始高性能推進系統的技術預研,包括主要部件、技術、材料及加工工藝等。但由於基礎薄弱,需要攻克的難題太多,短時間內難以拿出大推力渦扇發動機,加上當時西方在此領域對我國採取嚴格封鎖的政策,也無法從國外取得合適的發動機。在這種情況下,有關廠所提出兩步走的策略,第一步先發展技術難度稍低的渦噴-15發動機,然後再發展大推力渦扇發動機。


新殲擊機對動力的需求催生新發動機

CFM-56

渦噴-15是我國相關單位測繪仿製的R-29渦噴發動機,後者來源於我國從埃及獲得的米格-23戰鬥機,它的重量達到2000千克,加力推力12.2噸,儘管在第二代渦噴發動機之中處於較好的水平,但與第三代渦扇發動機相比還是有較大的差距。這個選擇顯然是無奈之舉。使用單位對這個選擇持反對態度,認為配備渦噴-15的殲-10無法對抗米格-29,所以在1987年殲-10總體方案確定的時候,相關單位決定將其動力系統換為正在發展的FWS-10渦扇發動機。


FWS-10參考了我們從國外引進的先進核心機技術。當時,我國引進了CFM-56渦扇發動機,它的核心機來源於美國的F-101中涵道比渦扇發動機,在此基礎上先後發展出了CFM-56大涵道比渦扇發動機和F-110小涵道比帶加力渦扇發動機,後者是美國第三代戰鬥機的主要動力系統之一。

新殲擊機對動力的需求催生新發動機

FWS-10


核心機是發動機最主要的部分,也是發動機研製的難點和關鍵,攻克了核心機就意味著發動機的研製完成了相當大一部分,所以,我國有關部門決定參考CFM-56的核心機,發展我國自己的大推力小涵道比渦扇發動機FWS-10,也就是所謂的“半研半仿”方針。


\u0011


分享到:


相關文章: