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发动机再获大突破!变循环发动机将配装高超“暗剑”战机

原标题:发动机再获大突破!变循环发动机将配装高超“暗剑”战机

发动机再获大突破!变循环发动机或将配装高超“暗剑”战机

(提示,信息量太大,读者慢慢看,甭捉急)

2018年11月13日,有关媒体专程报道中航集团型号总师刘乐泉同志的先进事迹,文中首次提到国产新一代自适应变循环发动机研制进展,国产新一代发动机已经进入“关键技术整机验证阶段”,为歼-20大改和发展新一代战斗机打下了坚实基础。

从文章内容来看,国内新一代自适应变循环发动机已经经过了前期技术预研、部件试制、核心机研制等阶段,进入到验证机试验阶段,应该说这个进度还是非常快的,出乎外界意料。

文章之中提到国产新一代自适应变循环发动机重点攻克了“高负荷、高效率、高稳定压气机”、“高升温、高稳定环形燃烧室”、“高耐温、高效率涡轮气动和冷却”等技术,并且广泛采用了新材料、工艺,解决了核心机部件匹配技术,从一个侧面表明国产新一代自适应变循环发动机已经完成前期技术预研、部件试制和核心机研制,进入发动机技术验证机研制阶段,同时它也表明国产新一代自适应变循环发动机气动设计更加先进、结构也更加简单,推力更大、重量更轻。

此变循环非彼变循环

变循环发动机不是今天才有的,只不过变循环的概念已经大变特变了。

其实,最早将自适应变循环发动机用于型号研制和验证的是美国,美国诺斯罗普公司研发的五代机YF23战斗机用的YF120发动机就是自适应变循环发动机,YF120是美国空军YF-22与YF23先进战术战斗机的候选发动机,GE公司编号为GE37,加力推力15880千克,涵道比是0~0.35。它是美国空军和海军在1983~1990年主持的SCR、ATEGG、JTDE和ManTech等一系列计划的产物。当时美国空军对YF120自适应变循环发动机寄以厚望,曾经密切关注。

按照美国空军的安排,YF22战斗机和YF23战斗机两种验证机都要交替使用YF119和YF120发动机进行试飞验证。

但是在最后的测评中,美国空军对YF120放弃了,主要是YF120变循环发动机在使用上有颠覆性质的问题。主要表现在空中加油非常费力,技术高超的试飞员都很难将YF23引导到加油机硬式加油杆下面,YF120发动机在“非线性”上表现很差,诺斯罗普试飞员桑伯格驾驶YF23试飞时便发现,当他操纵YF23进行空中加油时想要微调油门儿以维持机体相对于加油杆的位置时,却老是在前后位置间过度反应,最后桑伯格将一台发动机推到怠速位置只依靠一台发动机飞行才在加油位置顺利的控制机体。除此之外在密集编队等需要精确控制速度与加速的机动操纵场合儿,YF23的速度控制都存在类似问题,当飞行员迅速推动油门儿,企图微调发动机输出推力,以精确控制YF23的速度变化时,YF120对推力变化的反应,却有很大且不可预测的延迟

说白了,就是YF120变循环发动机不听使唤,该快的时候不快,该慢的时候不慢,所谓“YF120对推力变化的反应,却有很大且不可预测的延迟。”就是很不好使,连密集编队都做不到,哪怎么完成战斗机的战术机动?这要是空战就悲催了。

结果,YF23战斗机这连同这型YF120发动机一起被淘汰也就在所难免。另外,YF120发动机没有推力矢量喷管,不能进行超音速机动,这几项问题相加,毁掉了外形比F22更加科幻的YF23。

不过有一点,F120变循环发动机在推动YF23飞极限速度时大大超过了YF22的绝对速度,YF23当年达到的速度至今美国空军还在保密,甚至YF23的超音速巡航速度也在保密之列,这就给全世界的航空人留下了深刻的印象,这个印象就是,变循环发动机仍然是一件好东西。所谓“天下武功唯快不破”,快,对战斗机永远的念念不忘的追求。

其实,全世界的航空发动机研发者们都在暗暗的研发变循环发动机,但是真正立项研发的只有三个国家:美国、中国和英国。

而已经出成果的只有中国和美国。

这在航空发动机的历史上已经是了不得的大事了。

目前中航集团型号总师刘乐泉主持研发的国产新一代自适应变循环发动机重点攻克了“高负荷、高效率、高稳定压气机”、“高升温、高稳定环形燃烧室”、“高耐温、高效率涡轮气动和冷却”等技术,并且广泛采用了新材料、工艺,解决了核心机部件匹配技术,可见与30年前的YF120已经有极大的不同和改变。

轴流式变循环发动机不是现代变循环发动机的概念

这个有点理解难度,说白了就是涡喷和涡扇发动机为代表的轴流式发动机已经落后,因为轴流式发动机最大推重比不再可能大于15至20甚至以上,轴流式发动机不再可能将飞机速度推到4马赫以上。

涡喷和涡扇发动机主要靠提高转速,进而提高压比来提高发动机的推力,但是,发动机的叶片特别是叶尖的旋转速度不允许超过音速,这才是问题的关键。

比如美国GE公司的GE90发动机,风扇的直径已经达到4.2米,扇叶的直径已经超过了波音737机身的直径,推力达到了56吨,是目前世界上推力最大的发动机,但是要想再增加推力已经不再可能,因为风扇的叶片再长,叶尖的速度就要超过音速,发动机效率将陡然降低一半以上,发动机依靠提高转速和风扇的直径这条路已经走不通了,这就是目前轴流式喷气发动机遇到的困境。

要想提高发动机的推力只有另辟蹊径,这就是新型的变循环发动机。

民用大客机的涡扇发动机还可以借助新型的“齿轮传动”继续保持发展,但是军用战斗机的速度已经遇到巨大的瓶颈。

美国的SR71黑鸟战略侦察机的J58发动机就是在涡轮喷气和压气机辅助冲压发动机之间转换的变循环发动机,目前仍然是世界上飞的最快的飞机。

当SR71黑鸟侦察机在低速飞行时,J58变循环发动机内部排气活门关闭,压气中所有气流进入主燃烧室,以典型的涡轮喷气方式工作。

当SR71黑鸟以三倍音速飞行时,内部排气活门开启,前四级压气机中的一部分气流通过内部活门进入涡轮旁路通道,直接进入加力燃烧室。这些经前四级压气机压缩的空气在加力燃烧室中为加力燃烧室喷出的燃料提供燃烧的氧气,从而使J58以压气机辅助冲压发动机方式工作,加速到3.32马赫以超音速巡航飞行。

但是,即便是SR71也不可能再提高速度了,如果要想达到2017年举行的一次航空技术展上,中国相关单位展出的新一代发动机概念图中描述的“适用飞行速度4马赫,飞行高度3万米的战斗机”这样的4马赫的速度,就要创新发展新一代的变循环冲压发动机,这才是中航集团型号总师刘乐泉研发的那种发动机。

这将是世界航空发动机上跨越式的发展,具有里程碑性质。

变循环发动机能够通过更改配置实现任意速度、高度点的最高效率。例如,它可以像涡喷发动机加冲压发动机一样在超声速飞行,也可以在亚声速巡航时具有大涵道比涡扇发动机的效率。这意味着变循环发动机将是第六代战斗机的标配,将具备以4马赫的超声速巡航的性能。

美军目前也有六代战斗机的研制计划,美军将在2020年之后开始六代机研制,2025年左右首飞,2030年左右装备部队,按照这个规划,美军的下一代变循环发动机也将同步推出。

而来自中航工业的报道中透露,中航工业的变循环发动机相关领域进展神速,研究工作已进入了关键技术整机验证阶段,这让很多专业人士感到意外。

因为进入该阶段,意味着前期的很多技术储备已经完成,变循环发动机的研究一切顺利。

王海峰,中国航空工业成飞611所总设计师,航空工业首席技术专家,参与四代机歼-10、五代机歼-20、枭龙以及多个型号军用无人机的研制工作。主持歼-10B矢量技术验证,TBCC组合动力飞行验证工作。最重要的是,他的主持的项目中包含下一代战斗机,也就是第六代战机的研发项目。

毫无疑问,王海峰总师是中国航空工业领域的权威专家,他在2019年年初披露的中国第六代战机研发工作引发了全球的关注。美国已经发布了六代战机的2030计划,中国人六代战机计划如何?

从王海峰总师接受采访披露的内容可以了解,中国第六代战机的研发工作已经开始,王总师坦言,他认为中国第六代战机将在2035年甚至更早时间服役。

中国航空业朝气蓬勃,在加上近些年在发动机领域的投入越来越大,相信有足够的条件和信心完成这些挑战,让中国的六代机早日飞上天空。

2018年5月,在西安阎良航空城举办的“2018大中型军民用飞机发展高峰会”上,歼20战斗机总设计师杨伟的主题演讲中,首次确认下一代战斗机相关技术预研项目正在发展中,按照总师的讲话内容,我们可以知道六代机的相关预先研究已经开始,而下一代战斗机的配套项目——变循环发动机项目应该已经走上快速发展轨道。

这里插一句,既然同样是涡扇15发动机总师的刘乐泉已经接任中国变循环冲压发动机的总师,说明涡扇15已经是过去时。

既然下一代战斗机的配套项目——变循环发动机已进入了关键技术整机验证阶段,那涡扇15的成功还需要再质疑吗?

从已知的信息观察,中国有人驾驶的六代机仍然在深度保密中,但是2018年中国破天荒的曝光了十年前在珠海航展上还是个模型的“暗剑”无人机全尺寸样机,这个信息震动了世界航空界。

从动力特性看“暗剑”的发动机喷口相对机身较小,但是有一个较大的机腹进气道,机身非常修长,犹如一把长长的黑色宝剑,而较大的控制翼面说明其对高机动性的追求。可以肯定的是暗剑发动机的选择必须是自适应变循环发动机,否则不可能达到4马赫的高速度。

有消息称,在2017年举行的一次航空技术展上,中国相关单位就低调展了新一代发动机概念图。报道称,这种发动机“适用飞行速度3-4马赫,飞行高度3万米的战斗机”,这一指标已经远远超越了国产第五代战机的技术需求,必须是新型的自适应变循环发动机才能够达到。

有专家认为,第六代发动机就是推重比达到15至20珠峰变循环冲压发动机。

可以进一步印证的是

2015北京航空航天大学在其官方网站上为我们展示了中国航空发动机发展的最新情况,披露了我们航空发动机发展路线图,最让人震惊的是,我国推比15一级的第五代发动机已于2016年完成核心机试验。

其实在暗剑无人机设计之初就瞄准了高超音速、高超机动性和低可探测性等方面,据称暗剑无人机的最高速度可以达到4-5马赫,而且能在这种速度之下做出有效的机动,在空战能力方面完全碾压如今世界上任何一款战斗机。由于在高超音速的机动之中产生的过载远超人类能承受的范围,所以这款战机注定只能是一款无人战斗机,但这也就对我国的人工智能领域提出了全面的考验。毕竟直到如今,世界上所有的无人机最多也就能执行部分对陆攻击任务还有侦察和察打一体化任务,在复杂的空战领域还没有任何一个国家有任何突破。

“最快急先锋”与“忠诚僚机”

随着暗剑无人机的研发成功,标志着这一技术鸿沟被我国彻底的突破,人类的空战史成功的进入到了无人时代。对比于有人战斗机,暗剑无人机不仅能在性能上做到更加强大,而且生产成本也将比有人战斗机更加的低廉,在数量加技术优势的双重夹击之下,未来战场上的有人战斗机的地位将会有所下降。

其实早在暗剑正式露面之前,美国和欧洲设想过这个思路,当时他们也将这种无人战斗机定位6代机,但随着美国和欧洲技术突破无望,X-47B和神经元计划相继下马,美国和欧洲的6代机也宣告另起炉灶。就在他们觉得这个技术鸿沟无法逾越之时,中国却悄悄的取得了这场竞赛的胜利,如今看来6代机的技术标准正如歼20总师杨伟所说只能由中国来制定了。

目前,有关有人机与无人机配合方面,美国空军推出“忠诚僚机”概念,就是一架F35或者F22带一架或者几架X47B这样的无人机作战。俄罗斯也在研发有人机与无人机并肩作战的战术,最新曝光的苏57隐身战斗机的垂尾上就赫然喷涂着苏57与飞翼型无人机配合标记。

但是,美俄有人机带无人机作战,有个共同特点就是都带的是飞翼型无人机,这样的无人机虽然都有隐身性能,但是都是超不过音速的慢速飞机。F22和F35还有苏57都是速度可达2马赫的高速战斗机,与这样超不过音速的飞翼型无人机怎么配合还真是想不出来。

飞翼型无人机不适合空战,那么F22和苏57与无人机的配合显然还是低水平的,恐怕只限于让飞翼型无人机执行侦察、轰炸这样的事,使用单一,在技术上和战术使用上缺乏创新。

可以这样认为。

如果美国和西方正在搞的是“忠诚僚机”,中国在搞的那就是“最快急先锋”。

暗剑无人机的出现标志着我国在战斗机制造领域逐渐的由跟随转向了领跑,随着我国在军事方面的投入逐渐增加,未来相信还会有更多震撼世界的装备呈现在我们眼前。返回搜狐,查看更多

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