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“昆仑”发动机在设计过程中,为了保证在空气流量、外廓尺寸、重量〃三不变〃的情况下,提高发动机性能必须采用先进技术。如选择比现役发动机高的热力循环参数,总增压比和涡轮前温度大幅度提高;带气动雾化喷嘴的环形燃烧室;复合式定向凝固无余量精铸气冷涡轮叶片,压气机高扩稳增益技术;大功率附件传动机匣;数字防喘控制技术、涡轮排气温度电子控制技术等等,在保证发动机性能大幅度提高的同时,还有高的可靠性。此外,在新材料 、新工艺的运用以及试验、检验等多方面技术都有新的突破。相比WP13,其压比从9提高到14,低压压气机级数由3增加到4,高压压气机由5级增加到7级,从压比可以看出昆仑接近于R25,也是我国发动机从低压比向高压比发展的一个跨越,在防喘方面,昆仑采用了压气机高扩稳增益技术和数字防喘技术,燃烧室由环管形变为环形并带有气动雾化喷嘴,另外昆仑的涡轮进口温度也达到1450K以上的水平,这对材料也提出了更高的要求,因而涡轮叶片采用了定向凝固材料,并采用了复合式无余量精铸工艺。
2002年的珠海航展上。AVCI1又推出了昆仑发动机的最新改型昆仑2发动机,昆仑2在低压压气机部分采用了三元流技术,昆仑2验证机的推力达到了7。8吨,昆仑2的单位迎风面积推力达到了13000千克力/平方米,在国内外,这个数据也是少见的。而单位迎风面积推力直接关系到推力和阻力的比,单位迎风面积推力越大,推力和阻力的比也就越大,飞机的平飞速度和加速性越好,作战性能和机动性就越好。据严成忠所言,由于昆仑2的转数相比昆仑还可以有2%的增长,因此至少还可以再增大200千克的推力,由此8吨级的昆仑2是完全可以预期的,利用昆仑发动机的核心机和低压压气机放大改进型,可以派生发展一种高性能、低成本的小涵道比加力涡扇发动机。其最大状态起飞推力可达83KN以上,其中间状态推力为55KN推力级。它适用于新的轻型歼击机,其不加力型则可用于教练/攻击机。 昆仑发动机左右可互换。减少备份发动机的台数,减少了发动机的采购费用。发动机寿命长,省油,减少了使用费用,发动机价格虽然比同类发动机略贵,但全寿命周期费用却大大降低。
另外我们不妨用印度的卡佛里发动机比较一下,印度研制真正意义上的军用涡喷发动机始于1977年,当时是GTX…37…14U加力式涡轮喷气发动机,有3级低压压气机和7级高压压气机,分别由单级高、低压涡轮驱动。不加力推力和加力推力分别为4448daN和6427daN。后来,在GTX…37…14U核心机的基础上研制一种GTX…37…14UB加力式涡轮风扇发动机,涵道比为0。215,加力推力8896daN。但由于迎风面积大,未被LCA选中。GTX…35是一种先进的涡轮喷气发动机,有5级高压压气机、环形燃烧室和进口温度更高的涡轮。但因耗油率太高而又未被选中。最后,从1989年3月开始研制GTX35…VS涡轮风扇发动机,又称Kaveri,1991年初核心机上台试验,1992年中全台发动机试车。据印度人士估计,GTX…35VS的研制费用将高达15~30亿美元,美国专家的估计更高,需30~40亿美元。由于资金缺乏等种种因素,目前,发动机研制进展缓慢。估计装本国发动机的LCA要在2007年才能试飞,LCA将先用F404发动机进行飞行试验。如果发动机进度进一步拖延,头50架LCA将都用F404发动机,进而就有可能导致所有的LCA都采用外国发动机。
从上读者不难看出GTX-37-14U涡喷发动机和WP13的推力大小相当,而GTX-37-14UB的涵道比其实称为放气比比较合适,其外涵道的气流对增大推力并没什么意义,主要是给喷管降温,基本属于放气式涡喷发动机,如果WP13稍加改进成为涡扇,完全可以达到他的推力,事实上我国确实也有过这种想法。再看GTX35-VS发动机,其风扇和压气机的总级数为9级,而昆仑的高低压气机为11级,而总压比是卡佛里高,显然卡佛里在这方面是领先了,其单级压比远远超过了昆仑,卡佛里发动机的高低压涡轮初期采用定向凝固材料,这方面也和昆仑类似,但它后期将采用单晶材料,无疑又进了一步,可以说卡佛里从性能上来说是十分先进的,但发动机毕竟不是先进技术的堆砌,没有扎实的功底,有再好的想法也终究是水中花,镜中月。随着F404装备LCA,印度象独立完成国产发动机的梦想又将成为泡影。没有强大的工业基础是不可能完成军用高性能航空发动机的研制的,而中国为了这一天整整走了52年。
另外我们不妨比较一下法国幻影2000所用的发动机M53,法国继阿塔9K50之后于1967年开始着手研制M53,并于1976年定型,1979年开始量产。M53是法国搞出来的第三代发动机,尽管它在第三代发动机中只不过是个丑小鸭。如果严格来说,它只是一种二代半的发动机,但他来的很及时。M53是一种单转子小涵道比加力涡扇发动机,由于是单转子发动机,M53被迫选取很小的涵道比,这样必然带来耗油率的上升与推力的不足,这也影响了幻影2000的航程与推比。最初的M53只有推比5。9左右,推力只有8。5吨。直到80年代定型的M53P2,推比才达到6。5,推力达到9。8吨。
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但就是这种推比不及7的发动机也是我们在80年代所羡慕的,如果我们的WS6能够完成的话,水平应该和M53相当,事实上当时中国的发动机也就和法国人差不了多少时间,但法国人坚持下来了,而我们由于种种的原因,WS6下马了。80年代的中国实在太缺发动机了。时至今日,有了昆仑2后,我们可以理直气壮的说,我们的昆仑2发动机比M53要好。从耗油率来看,两者不相上下,而推比上昆仑完全占有优势,唯一有所缺憾的是推力上昆仑2略显不足。这也难怪,昆仑比M53轻了近300公斤。但如果昆仑进一步发展到昆仑3,完全可以在推力上超过M53P2。
面对成果,我们也不能否认昆仑来的太晚了,它是一朵午夜的幽兰,虽然开得芬芳馥郁,但却只能孤芳自赏,和它直接关联的型号下马了。但柳暗花明又一村,随着新型战机的问世,昆仑又找到了用武之地,不久的将来,我们将会看到装备昆仑发动机的战机飞翔在祖国的蓝天,去书写中国空军的又一个传奇。
核心机之路
五、山姆大叔的礼物
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美利坚人是高傲的,他们的发动机在世界上也是数一数二的,从引进英国发动机开始起步,凭借在工业上的雄厚实力,新英格兰人就一直执世界航空发动机制造之牛耳。
新中国建立伊始,中国空军的战斗机就和美国战斗机角逐在朝鲜的天空,一母同胞的美苏发动机也因此兄弟阋墙。不打不相识,随后的越南战争中,中国也开始了对美系发动机的研究,从鬼怪F4所用的J79到当时最先进的F111所用的TF30,中国或多或少的都得到了,并将其技术用在了自研发动机上,譬如WS6,WP13和昆仑,但当F100出世时,中国明显落后。无论是在研还是现役的发动机都无法对抗F100。
越南战争后,美国在世界上步履维艰,苏联的实力越来越强,而此时的中国也在寻找出路。伴随着乒乓外交,尼克松访华,美国和中国这两个伟大的国家终于站到了一起。随着中美关系的解冻,中国也开始寻求美系发动机装备飞机的可能。F404和F100、F110都列上了引进目录。事实上美国也想借助中国的力量来压制苏联,但他只想有限度的提高中国发动机的实力,如用老迈的J79装备F16来敷衍中国,为歼八2换装F404等。而在超7战斗机的发动机选型中美国向中国提供了三种发动机的方案PW1120、F404和PW1216。其中PW1120是普惠公司在F100发动机的基础上改型设计的连续放气式双转子加力涡喷发动机,并被用于以色列“狮”战斗机的动力,瑞典的JAS39初期也想应用PW1120,另外美国鬼怪F4战斗机当初也想把PW1120作为换代发动机。
从数据上看,PW1120可以说是一种十分先进的涡喷发动机,如果超7能装上PW1120,那其性能肯定是相当棒的。至于F404,报道已经很多了,美国通用电气(GE)的产品。作为F/A…18大黄蜂的动力,其性能也是有目共睹的,美国的F5的单发改型F20虎鲨和瑞典的JAS39以及韩国的T50金鹰都应用了该发动机,可靠,推力强劲是世界各国对F404公认的评价,其基本型加力推力在7。3,不加力推力4。9吨推比7。24,重量接近1吨,加力耗油率1。65。从重量上看,可以说该发动机也是十分轻的,精致和轻巧是人们对F404的第一印象,从油耗看该发动机的加力耗油率是涡扇发动机中少见的。至于PW1216,该发动机最早起源于美国普惠发动机公司于50年代为A4攻击机研制的不加力涡喷发动机,PW1216是其加力改型,主要改进有新型封严件,新型油泵、新型加力燃烧室和新材料。普惠发动机的主要计划是在该发动机的基础上采用中国WP7B或WP13涡喷发动机的加力筒体和相应系统构成其中国改型,该发动机的加力推力7。425吨,最大推力5。4吨,推比6。6。普惠公司还讨论了该发动机在中国联合生产以及与成飞协调了PW1216发动机加装超7战斗机的技术方案。
从三种发动机方案看,PW1120和F404都是不错的选择,而PW1216则采用了60年代发动机的方案,更接近于后来的WP13B和昆仑,而且当时中国已经开始了昆仑发动机的发展,昆仑要好于PW1216,所以中国倾向于选择前两者,但事实上美国更愿意把PW1216推销给中国,虽然此时正处于中美蜜月,但对中国,美国是有戒心的。毕竟美�