歼20为何没有用国产发动机 关键材料仍旧是拦路虎
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简介:在没有解决关键材料稳定、批量生产之前,国产新一代高性能航空发动机难以配套歼20飞机
此前全国人大代表、来自中国航空发动机集团公司陈祥宝同志对外界透露,歼-20配套发动机研制顺利,即将上机测试,与此同时中国还在研制下一代航空发动机。
这个表态说明歼-20目前配备应该还是进口发动机,自行研制的发动机上机测试还需要时日,国产发动机研制进度没有跟上飞机进度,主要原因看来还是国产关键材料尚未稳定、批量生产。
从海外媒体报道来看,歼-20比较可能配备的发动机应该是AL-31FN SER3,也就是AL-31FN-M1,它是AL-31F-M1的发展型,AL-31F-M1与AL-31F相比,将风扇直径由905毫米增加到924毫米,从而增加了空气流量,采用新的高温涡轮,涡轮前温度提高50度左右,发动机推力由12.5吨增加到13.5吨,耗油率下降,寿命由900小时提高到1500小时,首翻由300小时提高到750小时,控制系统由原来的机械控制系统换装数字式全权限控制系统(FADEC),可以与火控、飞控系统相交联,这种发动机据说已经用在中国空军歼-10B和歼-10C战斗机上面,从后勤保障通用性来讲,歼-20采用AL-31FN-M1有利于简化部队后勤保障,加速部队战斗力生成。
歼-20国产发动机显然是大家更加关注的问题,实际上早在上世纪80年代中国空军以ATF为背景机开展新一代战斗机预研,已经考虑将研制新一代发动机提上日程,这就是90年代开始的高性能发动机总体预研项目,经过讨论,着眼于第四代战斗机对于动力系统要求,又考虑到国内经济技术实力、工业基础,中国相关单位提出了新一代高性能发动机总体方案,从相关资料来看,中国新一代高性能发动机在总体设计、结构等方面参照了美国F119涡扇发动机,例如采用了3级风扇加6级高压压气机的方案。
对于当时的航空发动机工业来讲,研制指标如此高的航空发动机难度是相当大,其中一个拦路虎就是材料,我们知道航空发动机属于热机,从原理讲发动机推力来源于进/排气空气温度之差,这就需要增加空气流量,让燃料能够更好的燃烧,增加涡轮前温度,F119涡轮前温度就由F110的1400度提高到1700度,更高的温度对于发动机部件就提出了更高要求,要求发动机耐高温性能更好,强度也更高。
材料一直是国内基础最为薄弱的部分,所以研制新一代高性能航空发动机难度可想而知,这个时候,前苏联经济不振,提出恢复与中国进行技术交流以赚取外汇,因此中国有关部门决定与前苏联(后来的俄罗斯)进行航空发动机方面的合作,1993年中俄双方就联合研制新一代高性能航空发动机项目达成一致,这样国产新一代高性能发动机就有了国内和中俄两个方案,两者既有联系也有区别,前苏联在上世纪80年代已经完成新一代航空发动机AL-41的研制,在新一代发动机总体设计、材料工艺等方面取得了长足进展,包括粉末治金、单晶材料等方面。因此中方重点加强了与俄罗斯在发动机热端的合作,包括燃烧室、高温涡轮等等,根据国内材料不足的现实,部分材料先向俄罗斯采购,国内进行技术攻关,实现国产化,与此同时国内还与俄罗斯在发动机总体设计、气动设计、工艺材料等领域进行了技术合作。
经过努力,中国相关单位在本世纪初完成新一代高性能发动机核心机研制,它相当于美国的XF119涡扇发动机,在2011年完成新一代高性能发动机验证机研制,这个进度相当于美国的YF119涡扇发动机,并且在发动机材料方面取得一系列进步,在2016年珠海航展上面,中国相关单位就展出三代单晶高温合金高压涡轮叶片、粉末合金涡轮盘等部件,显现中国在航空发动机材料领域也取得了一系列突破,不过这些部件虽然研制出来,实现了小批量生产,但是大批量生产仍旧存在问题,这样就限制了发动机的发展,需要进一步努力,毕竟美国F119涡扇发动机工程研制从1991年开始,1997年才完成首次试飞,2001年实现小批量生产,考虑到国内经济技术水平、工业基础比美国要薄弱,国内新一代涡扇15高性能发动机研制进度可能不会比这个进度要快多少。
对于中国航空发动机工业来说,未来新一代涡扇15发动机安装在歼-20上面测试也只是第一步,如何实现稳定、批量生产新一代高性能发动机仍旧是一个挑战,所以对于歼-20来说,可能要在2020年之后才能换装新一代高性能发动机。(作者署名:小飞猪观察)
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