歼20用俄发动机属无奈之举 涡扇10B终于补完课

作者:胡乐其 独立军事评论员 洪希伯 军事观察者,旅港学人

本周,中俄两国都传出了新一代装备升级的消息。首先是“十二五”两机专项中的航空发动机取得重大进展,中航工业动力所刘永泉团队完成了改进型“太行”的研制。历经三十年艰难研制,“太行”终于可以说是“完全体”了。改进型“太行”比起老“太行”究竟有什么根本性的改变?为什么让试飞员赞不绝口?

历经艰难,“太行”终成“完全体”

本周中国航空报的新闻当中,披露了“太行”发动机改进型号由中航工业动力所研制成功的消息。涡扇-10“太行”发动机历经了30年的艰苦研制,终于在这一刻算是圆满收官了。完全体“太行”不仅把推力增加到了14~14.5吨,而且据中国航空报去年的报道,“太行”发动机改进型号也是在刘永泉团队的带领下,完成了全权限数字电子控制系统的研制。这一姗姗来迟的喜讯,让中国迈入了航空发动机制造强国的大门。

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FADEC系统是发动机的“大脑”

航空发动机的全权限数字电子控制系统(英文简称为FADEC),是指挥发动机的大脑。FADEC可以从发动机上的传感器中获取数据,对发动机进行一系列的复杂控制,如改变喷口面积、监控发动机状态、诊断故障等等。FADEC不仅能够大大提高飞机的飞行性能,而且减轻了发动机的重量,是目前欧美军、民用航空发动机的标配。

“‘太行’行不行”的故事,相信大家都很熟悉。当年先是“‘太行’不行”,接着仓促通过定型,然后又出现故障让歼-11B等发动机,最后直到涡扇-10A才大批量装备歼-11B和歼-11BS。对于航空发动机的这种不愉快,中国军迷们早就是身经百战见得多了。但对中国航空来说,这个旧伤疤依然太痛,笔者在此只是简单回顾一下。

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3级风扇+9级高压压气机+1级高压涡轮+2级低压涡轮,太行和F110完全一致

不过在硬件上终于“行了”的涡扇-10A,还不算和西方先进大推力航发齐平,充其量是和AL-31F各有千秋。现在我们知道,带FADEC的涡扇-10B才能说是一台完善的“太行”。那么,当初咱们为什么没能搞出带FADEC的航空发动机呢?

FADEC这堂课没补上,是有历史原因的。

上个世纪70年代起诞生了一批优秀的涡扇发动机,同时期欧美开始了FADEC的研制工作。前苏联虽然有了发动机,然而其电子工业水平并不能支撑起FADEC的研发。当时留里卡设计局开辟了一条“旁门左道”,使用模拟电子技术,为AL-31系列发动机开发出了机械液压+模拟电子的混合控制系统。

涡扇-10发动机的技术源头为美国的CFM-56发动机——这是一种以GE公司F101的核心机为基础研制的民用发动机,之后又借鉴AL-31F的控制技术,才有了今天我们看到的“太行”。然而航空发动机的逆向还原工作显然比其他领域难上了许多。从纸面上看,“太行”是一款媲美美国F110的先进发动机(结构和核心机相同),然而现实中,它却因此犯下了“心脏病”,让国产战斗机多等了十多年,也让中国军迷们苦等了十多年。

由于“太行”的技术源头CFM-56是美制民用发动机,中国自己则缺乏高性能涡扇发动机控制系统的研究经验,在上世纪90年代大量引进和深度接触俄制AL-31F发动机后,中国不得不采用了一种“土办法”,就是把AL-31的控制系统移植到“太行”上面凑合。

对于80年代、90年代的飞机来说,模拟电子技术或许是“够用”了,加上苏联强大的整合能力,使得AL-31系列成为了一代经典。可是作为一种需要在21世纪使用的发动机,机械液压+模拟电子控制系统不仅在系统性能上落后于FADEC,且增加了发动机的重量,对于控制一台“美系”发动机来说更是力不从心。我们现在说这些话是事后诸葛亮,当时却是属于“完全不知道自己竟然不知道”。这一来二去,“太行”竟然走了十多年的弯路。

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99M1发动机上的FADEC部件

在等待“太行”逐步排除故障的同时,战机的研发却一刻不能停歇。为了“太行”能行,空军选择了让歼-11B作出牺牲,但是其他战机却等不了。“太行”原本是配套歼-10的发动机,但是形势逼迫,歼-10A不得选用AL-31FN,为此甚至不得不重新设计了部分机身,随后的歼-10B/C系列也是一脉相承,使用改进后推力增加的42批次AL-31FN发动机——有一架歼-10B用“太行”进行了测试,但“太行”与歼-10的搭配并未持久。

更关键的是,新一代战机是不能用原版AL-31凑合的!

FADEC对新一代战机来说极其重要。三代机或许还能用老的发动机控制系统凑合,但是三代半和四代机却需要“飞-火-推”一体的控制系统。举个例子,印度SU-30MKI装备的AL-31FP没有配备FADEC系统,使得SU-30MKI仅采用了简单的火推交联技术。其战斗力比起SU-30MKK来说并没有什么本质上的改善,除了在航展上展出一些精心设计的超机动动作外,也就是骗骗印度人罢了。

而为了让我国下一代战机在国产发动机完善之前拥有FADEC系统和“飞-火-推”一体化的能力,中国对航空发动机的采购实行了“两条腿”走路的方法。

苏联解体之后,原先的礼炮发动机制造厂获得了投资并组建了研发部门,成立了礼炮联合体。礼炮厂针对中国客户的需求,对AL-31发动机进行了升级。新的99M1(AL-31FM1)发动机于2006年完成了国家测试,采用了КРД-99Ц数字电子控制系统,并使启动机具备了3500米以上的高原启动性能。量产的99M1发动机被批量运用在歼-10B/C战斗机上,在许多歼-20原型机的照片中,我们也可以看到99M1型发动机的身影。

F-22正是运用其CIP主计算机实现“飞-火-推”一体,才获得了强大的超机动性能。第三代双余度FADEC不仅让F-22的F119发动机获得了极高的可靠性,而且在任何情况下,其矢量推力都能够起作用,实现了超机动。为了尽快实现四代机“飞-火-推”一体的设计理念,歼-20选择采用99M1不得不说是无奈之举。我国自行研发的“飞-火”一体在歼轰-7A上就已经实现了,而作为一款四代重型战斗机,必须为“飞-火-推”一体做好功课。歼-20要想在这方面追赶F-22,肯定不能靠等。

好在涡扇-10B的收工,标志着我国航空发动机终于补完了这艰难的一课。从此之后,包括歼-11后续型号和歼-16等战机,都将获得一颗智能的“中国心”,同时还有14吨级的澎湃动力,怎能不让人振奋?

而这对于还在等待涡扇-15的歼-20来说,更是好消息。为了练就“太行”,我们不惜牺牲歼-11B的进度,为的就是在下一代隐形重型战斗机上不再重复这一过程。实现“飞-火-推”一体化的歼-20后续型号,其飞行性能和战斗力都将获得极大的提高。

一场长达数十年的补课,历经数十年的辛酸,我们终于可以平静地说一句:“中国航空发动机,就要行了。”

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