我是公牛
這個問題和“梟龍”能不能用WS-10是一個道理,一箇中型戰鬥機要硬上2臺大推力發動機,想改成重型戰鬥機?換更高一級的發動機未必就一定帶來性能的提升,而且改的過程中很大概率要對氣動進行大改,工作量非常大,還不如直接改為生產殲-20就行了,省研發費用又省研發時間。況且強行換大推力發動機一定帶來的是全方面的提升嗎?歷史上反例有很多,我們後面再說。
現在的殲-31使用的是俄製RD-93渦輪風扇發動機,跟FC-1“梟龍”和Mig-29“同款”,屬中推力發動機,加力推力81.4KN。而WS-10系列是大推力渦輪風扇發動機,加力推力135KN,比前者要高50%以上,主要應用在殲-10、殲-11、殲-16,部分殲-20和殲-15可能也在用。這樣,這兩種發動機所應用的範圍也就一目瞭然,RD-93應用在單發輕型戰鬥機或雙發中型戰鬥機,WS-10應用在單發中型戰鬥機或雙發重型戰鬥機。
既然發動機性能不同,外形尺寸自然也不同,而外形尺寸則直接影響飛機氣動佈局。RD-93直徑大概1.05米,長度為4.2米左右,重1.2噸。而AL-31(我們用WS-10同級發動機去比較)直徑1.3米,長度達到4.9米,重1.53噸。所以大推力發動機無論在直徑、長度、重量上全部超過中推力發動機。那麼問題來了,尺寸不一樣怎麼塞進去?也不是說不能塞,進氣道、後機身全部要大幅度修改,重新配平,必要時還要拉長機身,然後再修改氣動以調整發動機帶來的影響。改完之後再重新吹風洞,再優化,反覆的進行這些操作。不該可以嗎?可以,最終的結果就是氣動佈局紊亂,可靠性大大降低,甚至可能成“寡婦機”。對整機氣動的修改工作量非常大,幾乎相當於重新設計驗證,無論在時間還是經濟方面都將付出巨大的代價。
所以我們說,不同等級的機型從最開始設計的時候就已經定好位,自定位的那一刻起所使用的發動機等級也就等於定義好了,是雙中推還是單大推,再改就要動大手術了。就像“梟龍”,改成大推後變成殲-10;殲-31變成殲-20,既然是有現成的那麼還改什麼?
理論上講,換大推力發動機並修改後可以提升戰機最大起飛重量,但是未必能做到所有指標的全面提升。歷史上有過強行改發動機導致部分性能降低的例子,比如下圖的F-4“鬼怪”戰鬥機,英國皇家空軍和海軍引進的F-4K和F-4M更換英國“斯貝”渦輪風扇發動機。但由於美國原裝的J79渦輪噴氣式發動機直徑只有990毫米,而“斯貝”直徑達到1100毫米,所以F-4改裝後進氣口面積比美國原版增大20%,雖然提升了作戰半徑,但最大飛行速度、爬升率、最大升限全面下降。這是典型的發動機直徑帶來的機動性的影響。
印度Mig-27攻擊機,由原裝的推力為78.5KN的R-29B-300發動機強行改為135KN的AL-31F渦輪風扇發動機。雖然發動機推力大大提升,但是AL-31F的長度擠佔了機身油箱,導致Mig-27的航程不增反減。這是發動機長度帶來的內部空間擠佔問題。
所以發動機未必推力越大越好,它是高速性能、亞音速機動性、起飛性能、推重比、航程、載彈量等等性能的一個平衡,是一個牽一髮動全身的問題。如果是促進還好,就怕出現負優化。
雛菊西瓜Peterpan
殲-31戰鬥機如今看來很有可能被選擇為我國新一代的艦載第五代戰鬥機,畢竟殲-20作為艦載機還有很多不合適的地方,比如他的氣動佈局、尺寸、結構等,但是殲-31選擇為第五代艦載戰鬥機,卻面臨著機體過小、航程不夠等問題,這些問題都需要逐步解決。但是擴大機體,增加航程就必須要更換髮動機,殲-31如今使用的RD-33和WS-13發動機推力不足,換成大推力的WS-10B發動機可以嗎?答案是能,但是要大改飛機。
圖為編號為31001的殲-31一號機。
殲-31戰鬥機是一種中型戰鬥機,雖然是先進的第五代戰鬥機,但是他的性能數據由於出口的需求,已經在珠海航展上予以公開了。該戰鬥機主要的特點是具備強大的超視距多目標交戰能力和大離軸角全向攻擊能力,並且具備優秀的隱身、氣動和綜合戰場態勢感知能力。機長17.3米,翼展11.5米,高4.8米,最大起飛重量為28噸,內油為7.2噸,在0.8馬赫的巡航速度下,內油作戰半徑最大為1200公里(高-高-高飛行剖面),具備空中加油能力,加油後作戰半徑提高到1900公里。
圖為殲-31戰鬥機的展板性能數據。
他的發動機最早是2臺RD-33發動機,推力最大為8.1噸,軍推5噸多;更換渦扇-13發動機後,最大推力是8.5噸,軍用推力6噸多。在兩臺RD-33/WS-13發動機的幫助下,他具備最大1.8馬赫的飛行速度,這一數據和F-35一致,但是作戰半徑和巡航速度都要高很多。他的最大實用升限為1.6萬米,機動過載限制為+9g到-3g,和較為先進的第四代半戰鬥機一致,高於早期的四代戰鬥機。
他擁有全球所有五代機中,佔據機腹面積比例最大的腹部彈倉,因此內部掛點多達6個,外部還有6個掛點,一共12個掛點,在執行對地襲擊任務時,不考慮隱身突破的情況下,可以攜帶10枚精確制導彈藥,外加2具副油箱。由此可見,作為一款中型戰鬥機,他比起美國F-35要稍強一些,主要性能都保持領先,比如機動過載限制、作戰半徑、掛載等,但是就是有一項不如F-35,那就是殲-31兩臺WS-13的最大推力之和為16噸多,但是F-35戰鬥機一臺F-135發動機的推力就有18噸,差距很大。
圖為殲-31最新出現的3號機。
未來,殲-31要想進一步增加側彈倉,以此來增強戰鬥機的空戰性能,就必須更換更大的發動機。為何非要有側彈倉呢?上文我們看到,雖然他的腹部彈倉最多可以攜帶6枚空空導彈,但是腹部彈倉在高機動狀態下是不能打開的。腹部彈倉投彈是一種自由落體式的投彈,空空導彈也是離開機體後才點火發射、飛向目標。試想,在激烈的格鬥空戰中,戰鬥機怎麼可能隨時有機會打開腹部彈倉來一個水平投彈?
何況,在高速飛行、大仰角飛行中,腹部彈倉一般不允許打開,他會突然的改變戰鬥機的內外氣壓,而打開的艙蓋,就像是多了兩個翼面一樣,破壞戰鬥機的氣動外形,這都是比較危險的。換言之,像美國的F-35、我國的殲-31這種沒有側彈倉的五代機,最好的空戰方式其實是在遠程交戰中,依靠隱身和探測能力優勢,率先鎖定敵機,然後發射大射程的主動制導空空導彈,像遠程標槍兵那樣,射殺敵人。
圖為殲-31的三號機,和1號機的主要辨別特徵是垂尾的造型不同。
但是海軍的艦載機必須要有能夠執行多種任務的能力,要在性能上壓過陸基戰鬥機一頭,才能在有限的數量上取得質量優勢。另外,海軍艦載機還必須要有更大的內油航程,在低空突破的情況下,最好也有超過1000公里的作戰半徑,畢竟海軍的艦載機不光是要制空,還需要遠程精確打擊,奪取制海權、支援地面作戰。這兩個作戰任務都需要殲-31擴大機體,增加空間和內油。
放大機體、提高重量後,殲-31肯定全重超過30噸,步入了重型戰鬥機行列,那就必須要使用單發最大推力超過10噸的大推力發動機才能滿足戰鬥機的作戰所需,何況,作為五代機,本身就要在推重比上勝過四代機,發動機單發推力要超過13噸,才能實現壓制傳統四代機和四代半戰鬥機的飛行性能。
圖為殲-31的CG模型,可見其機腹彈倉的面積很大。
我國有這樣的發動機嗎?有,那就是WS-10B發動機,單臺推力為14噸,他是殲-20戰鬥機的主要動力,該發動機是在太行WS-10A發動機基礎上改進而來,但是縮短了發動機的無故障時間和首翻時間、全壽命。不過,考慮到使用的是雙發,WS-10B的600小時平均無故障時間也是可以接受的。
一旦換裝了該發動機,增加了側彈倉,擴大了內油,甚至對航電系統進行進一步的提升,換裝我國全新的三面式有源相控陣雷達,那麼殲-31也就不再是殲-31了,到時候他肯定會以全新的代號出現。目前,我國海軍的003型電磁彈射航母已經快要建成了,預計未來3年左右時間肯定會加入現役,海軍的第五代艦載機也必須要加快研發進程了,到那個時候,殲-31會用什麼發動機,改成什麼樣,也就大白於天下了。
海事先鋒
這是一個常識性的錯誤,受到發動機推力制勝論的影響,認為發動機的推力越大,飛機的性能就越好,疏忽了一個核心問題是FC-31的設計定位是中型雙發戰鬥機,而不是重型雙發戰鬥機,發動機推力的增加,一定程度上意味著尺寸和重量的增加,雙發中型機中推動力基本足夠了,為何非要糾結於大推力發動機上呢?
渦扇-10B並不是矢量發動機,這又是一個常識性錯誤,殲-10B矢量驗證機使用的矢量發動機並不是所謂的渦扇-10B發動機。未來矢量發動機將是現役三四代機改進升級的一個重要發展方向,但是並不意味著FC-31就能使用國產矢量發動機,畢竟目前國產矢量發動機是基於太行發動機發展的,對於FC-31來說太大了。
當前FC-31使用的是進口的俄製RD-33中推發動機,也就是米格-29使用的發動機,另外有消息稱,國內中推發動機渦扇-13研發進度順利,將成為當前FC-31的過渡性發動機。FC-31在設計上與美國的F-35戰鬥機基本一致,但其使用的我RD-33或者是渦扇-13發動機,在最大巡航速度以及升限等幾項技戰術指標上,已經比F-35要好,由此可見,當前的動力系統保證FC-31飛起來是沒有任何問題的。
有很多信息顯示,我國還在同步推進另一款性能更好的渦扇-19中推發動機的研製,畢竟渦扇-13是我國與俄羅斯聯合研製的,其實就是RD-33的國產版本,其總推力約為8500公斤,而其最新的增推型號渦扇-13E的推力超過9噸,理論上能夠賦予FC-31戰鬥機18噸以上的起飛推力,這個數據當前基本已經滿足需求,同等的F-35使用一臺發動機,其總推力當前也就是18噸左右,同時矢量噴管對於推力的損失也計算再內。
根據外界猜測,渦扇-19中推發動機的推重比有望超過10,總推力有望超過11噸,這就意味著什麼,使用渦扇-19中推的FC-31戰鬥機的總推力有望達到22噸的水平,這遠比F-35計劃中的20噸得到顯著提升,屆時FC-31的整體作戰性能將上一個全新的臺階。
倘若更換推力在13噸以上的大推力渦扇-10發動機,雖然紙面數字上推力得到提升,但同步帶來的問題是發動機尺寸和重量的增加,意味著FC-31為了容納渦扇-10發動機,整體機型尺寸必須要放大,當其空重增加之後,渦扇-10大推力的優勢也就沒有了,反而不利於提升FC-31戰鬥機的作戰性能,只有不斷的深入發展國產中推發動機才是王道。
未來,我國對於四代中推發動機的需求突破10噸級的基本要求,推重比介於10-12之間,方才對於國產戰機的發展具有歷史性的意義,否則中推換大推,實質上並沒有多大的發展,還是停留在原地踏步,這不是國產發動機應該走的路子。