航發中的奇葩!渦噴14造就二代機中的奇葩,加速新式發動機發展

                  2020-12-03 14:52:25 shixun 1684

                  航空發動機分為渦噴發動機、渦扇發動機、可變循環發動機、組合循環發動機。從技術復雜度來看,后者難度比前者更大,性能也大體上是后者比前者更強。然而我國卻有一款奇葩渦噴發動機關鍵性能竟然比渦扇發動機更強!這款發動機就是渦噴14發動機,又稱昆侖發動機。

                  網上不少人說昆侖發動機并沒有量產,那么昆侖發動機是否真的下馬呢?

                  其實昆侖發動機并沒有下馬!2017年,黎明發動機廠的“八股文”就附上一幅昆侖發動機的裝配圖,證實昆侖發動機還在大量生產。

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                  2017年,黎明發動機廠的官方八股文配圖為昆侖發動機裝配場景圖

                  一、渦噴14性能介紹。

                  發展初期由于我國工業基礎太差,經歷各種事故,還連累殲八Ⅲ下馬。幸虧研制團隊鍥而不舍,最終在2002年,終于將渦噴14發動機改進成性能足夠穩定的發動機,成為首款強度和壽命都嚴格按國家軍標要求設計的國產發動機,為后續的自研發動機樹立了一個成功典范。

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                  渦噴14發動機

                  渦噴14發動機是一款中間推力49KN,加力推力為69.6KN的發動機,推重比6.4。后來先后出了2款改進型發動機。

                  昆侖"Ⅰ性能與原型機相同,為適應飛機要求,對外部機匣、附件和管路做了適應性改進,壽命約1500小時,現在已經達到2000小時了。

                  "昆侖"Ⅱ是在"昆侖"原型機基礎上發展的推力增大型。它是在不犧牲發動機的工作可靠性、耐久性和不損失工作裕度的前提下,通過采用先進技術增大發動機的空氣流量,提高其部件效率,減少漏氣和流體損失,從而大幅度地提高了發動機推力,降低了耗油率。中間推力56.64KN,加力推力為78.5KN,推重比7,渦前溫度約1500K。

                  發展型“昆侖”Ⅲ中間推力為65KN,加力87.5KN,推重比為8.05。目前這個型號是否存在,尚無法證實。

                  鑒于其研制難度不大,僅需將少數幾級渦輪葉片更換成性能更好的先進材料,其渦前溫度就可以提升至1700K級別,預計這個型號也是存在的。根據相關文獻表明,在其他條件不變的情況下,渦扇發動機或者渦噴發動機渦輪前溫度每提升100℃(攝氏度),該發動機的最大推力就可以提升近20%。那么渦噴14渦輪前溫度提升200℃(攝氏度),其最大推力就可以提升近40%!也就是說,若成更好材料,渦噴14最大推力將高達109KN!

                  2015年,中航工業董事長林左鳴在接受央視采訪時曾透露,目前我國最好的高壓渦輪葉片能耐受至少2000K的高溫。區區1700K的溫度根本不算什么難事。因此,完全不必懷疑昆侖Ⅲ是否存在,而應該思考是否還有更先進的型號。

                  二、渦噴14推重比堪比第三代渦扇發動機,雖然已經過時,卻有獨門絕技!

                  最令人驚訝的是,2006年,殲10、殲11系列都開始大量服役。這個時候殲8G竟然才剛剛首飛。這種二代機再怎么改也是比不上三代機的。這就好比蘋果4手機再好用也比不上現在的安卓手機。事出反常必有妖!殲8G一定是有什么獨門絕技!

                  這個獨門絕技就是,憑借優異的高空高速性能,昆侖發動機可以讓殲8G獲得不開加力超音速巡航的能力!

                  為何昆侖發動機這種落后的渦噴發動機具備這種能力呢?

                  先來對比下:俄羅斯第三代大推力渦扇發動機AL-31推重比也才7.1。昆侖Ⅱ渦噴發動機的推重比7,昆侖Ⅲ推重比更是超過8,已經超過AL-31渦扇發動機??梢哉f昆侖發動機是世界唯一一款將推重比做到渦扇發動機水平的渦噴發動機。

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                  俄羅斯AL-31FN發動機

                  據報道,"昆侖"Ⅱ的單位面積推力為世界之最!換句話說,在高空高速狀態下,扣除空氣阻力后,它的單位面積有效推力為世界之最!高空高速狀態下,單位面積有效推力越大,越有利于提升戰機的最大飛行速度。只要機體強度達標、設計合理,安裝"昆侖"Ⅱ發動機以后,飛機的最大速度將成為同類最強!甚至能實現不開加力超音速的超強性能。

                  目前,美國的F22戰機憑借推力強勁的發動機可以做到以1.56倍音速不開加力巡航30分鐘。F22一般起飛重量27.21噸,F119渦扇發動機中間推力為105KN,則此時不開加力推重比為0.786。

                  8G一般起飛重量為13.85噸,"昆侖"Ⅱ中間推力為59KN,此時不開加力推重比為0.866。這個推重比已經高于F22!若再考慮渦噴發動機高空有效推力下降更少、殲8長細比更大、超巡阻力更小等因素,預計殲8G不開加力的巡航速度很可能接近2馬赫!

                  相比開加力超巡,不開加力超巡的油耗僅為前者的三分之一。顯然,裝備昆侖發動機后,殲8F超巡能力將碾壓F22,預計可以做到全程超巡!雖然其他方面不行,但是不開加力超巡的能力無與倫比,作為偵察機顯然非常合適。

                  依托昆侖發動機,殲8G已經實現雙“25”目標,即高度25000米,速度2.5馬赫。根據試驗表明,當飛機飛行速度達到2馬赫時,機身表面溫度約為100℃,2.5馬赫時,機身表面溫度將達到200℃,3馬赫時,機身表面溫度將達到300℃?,F代飛機主要采用鋁、鋰、復合材料制造,這些材料在工作溫度達到200℃以上時,強度將大大下降。因此,主流戰機極限速度一般不超過2.5馬赫。

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                  2006年才首飛的殲8G截擊機

                  由于機體強度無法滿足要求,殲8G最大速度只能被限制在2.5馬赫。若重新設計一款新飛機,我國甚至很可能基于昆侖發動機造出一款比米格25更好的雙“3”截擊機!

                  然而,即使是雙“25”,也足以令我國周邊國家和地區頭疼。因為憑借優異的高空高速性能,殲8G可以用于快速偵察,快速撤離。敵方戰機可能還沒起飛,殲8G就已經回到我國領空了??梢哉f,敵人碰到這款戰機搞偵察只能干瞪眼。雖然格斗不行,但是殲8G逃跑一流,快速升空攔截高空目標的能力也不是一般戰機能比的。

                  三、落后主流又如何,渦噴14發動機也有特殊妙用!

                  雖然渦噴發動機已經落后世界主流水平,然而它卻有妙用!渦扇發動機的優勢在于低空巡航更加省油,一到高空,渦扇發動機運轉效率就下降得很厲害,大大不如渦噴發動機。新概念發動機渦輪基組合循環發動機主要用于空天飛機,非??粗馗呖崭咚傩阅?。以渦噴發動機為基礎研制這種發動機是最好的選擇。

                  鑒于渦噴14堪稱渦噴發動機中的霸主,作為組合循環發動機的基礎就再合適不過了!

                  美國J58組合循環發動機是世界上第一款組合循環發動機,誕生于上世紀50年代末。這種發動機采用渦噴發動機和亞燃沖壓相結合的發動機組成一臺高速飛行很省油的特殊發動機。最終美國憑借這款發動機打造出聞名世界的黑鳥高空高速戰略偵察機。

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                  安裝J58組合循環發動機的黑鳥高空高速戰略偵察機SR71

                  我國同樣可以利用這款發動機打造中國升級版組合循環發動機和升級版黑鳥高空高速戰略偵察機!

                  或許是因為我國的渦噴發動機水平領先各國,加速了渦輪基組合循環發動機的研制進程。去年年初,成飛所王海峰總師透露國產TBCC組合發動機(渦輪基組合循環發動機)已經完成試飛驗證,標志著“騰云”空天飛機已經解決了單機入軌的動力難題!這個進度已經領先世界了!至今歐美國家都還沒搞出同類發動機,由此可見昆侖發動機功不可沒!

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                  士別三日,當刮目相看!不可因為渦噴發動機中低空、中低速性能被渦扇發動機碾壓,整體性能不如渦扇發動機,就認為渦噴發動機應該盡早拋棄。這種發動機在特殊領域的潛力令人驚訝!時代不同也會造就它不一樣的傳奇!


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