航发中的奇葩!涡喷14造就二代机中的奇葩,加速新式发动机发展
航空发动机分为涡喷发动机、涡扇发动机、可变循环发动机、组合循环发动机。从技术复杂度来看,后者难度比前者更大,性能也大体上是后者比前者更强。然而我国却有一款奇葩涡喷发动机关键性能竟然比涡扇发动机更强!这款发动机就是涡喷14发动机,又称昆仑发动机。
网上不少人说昆仑发动机并没有量产,那么昆仑发动机是否真的下马呢?
其实昆仑发动机并没有下马!2017年,黎明发动机厂的“八股文”就附上一幅昆仑发动机的装配图,证实昆仑发动机还在大量生产。
2017年,黎明发动机厂的官方八股文配图为昆仑发动机装配场景图
一、涡喷14性能介绍。
发展初期由于我国工业基础太差,经历各种事故,还连累歼八Ⅲ下马。幸亏研制团队锲而不舍,最终在2002年,终于将涡喷14发动机改进成性能足够稳定的发动机,成为首款强度和寿命都严格按国家军标要求设计的国产发动机,为后续的自研发动机树立了一个成功典范。
涡喷14发动机
涡喷14发动机是一款中间推力49KN,加力推力为69.6KN的发动机,推重比6.4。后来先后出了2款改进型发动机。
昆仑"Ⅰ性能与原型机相同,为适应飞机要求,对外部机匣、附件和管路做了适应性改进,寿命约1500小时,现在已经达到2000小时了。
"昆仑"Ⅱ是在"昆仑"原型机基础上发展的推力增大型。它是在不牺牲发动机的工作可靠性、耐久性和不损失工作裕度的前提下,通过采用先进技术增大发动机的空气流量,提高其部件效率,减少漏气和流体损失,从而大幅度地提高了发动机推力,降低了耗油率。中间推力56.64KN,加力推力为78.5KN,推重比7,涡前温度约1500K。
发展型“昆仑”Ⅲ中间推力为65KN,加力87.5KN,推重比为8.05。目前这个型号是否存在,尚无法证实。
鉴于其研制难度不大,仅需将少数几级涡轮叶片更换成性能更好的先进材料,其涡前温度就可以提升至1700K级别,预计这个型号也是存在的。根据相关文献表明,在其他条件不变的情况下,涡扇发动机或者涡喷发动机涡轮前温度每提升100℃(摄氏度),该发动机的最大推力就可以提升近20%。那么涡喷14涡轮前温度提升200℃(摄氏度),其最大推力就可以提升近40%!也就是说,若成更好材料,涡喷14最大推力将高达109KN!
2015年,中航工业董事长林左鸣在接受央视采访时曾透露,目前我国最好的高压涡轮叶片能耐受至少2000K的高温。区区1700K的温度根本不算什么难事。因此,完全不必怀疑昆仑Ⅲ是否存在,而应该思考是否还有更先进的型号。
二、涡喷14推重比堪比第三代涡扇发动机,虽然已经过时,却有独门绝技!
最令人惊讶的是,2006年,歼10、歼11系列都开始大量服役。这个时候歼8G竟然才刚刚首飞。这种二代机再怎么改也是比不上三代机的。这就好比苹果4手机再好用也比不上现在的安卓手机。事出反常必有妖!歼8G一定是有什么独门绝技!
这个独门绝技就是,凭借优异的高空高速性能,昆仑发动机可以让歼8G获得不开加力超音速巡航的能力!
为何昆仑发动机这种落后的涡喷发动机具备这种能力呢?
先来对比下:俄罗斯第三代大推力涡扇发动机AL-31推重比也才7.1。昆仑Ⅱ涡喷发动机的推重比7,昆仑Ⅲ推重比更是超过8,已经超过AL-31涡扇发动机。可以说昆仑发动机是世界唯一一款将推重比做到涡扇发动机水平的涡喷发动机。
俄罗斯AL-31FN发动机
据报道,"昆仑"Ⅱ的单位面积推力为世界之最!换句话说,在高空高速状态下,扣除空气阻力后,它的单位面积有效推力为世界之最!高空高速状态下,单位面积有效推力越大,越有利于提升战机的最大飞行速度。只要机体强度达标、设计合理,安装"昆仑"Ⅱ发动机以后,飞机的最大速度将成为同类最强!甚至能实现不开加力超音速的超强性能。
目前,美国的F22战机凭借推力强劲的发动机可以做到以1.56倍音速不开加力巡航30分钟。F22一般起飞重量27.21吨,F119涡扇发动机中间推力为105KN,则此时不开加力推重比为0.786。
歼8G一般起飞重量为13.85吨,"昆仑"Ⅱ中间推力为59KN,此时不开加力推重比为0.866。这个推重比已经高于F22!若再考虑涡喷发动机高空有效推力下降更少、歼8长细比更大、超巡阻力更小等因素,预计歼8G不开加力的巡航速度很可能接近2马赫!
相比开加力超巡,不开加力超巡的油耗仅为前者的三分之一。显然,装备昆仑发动机后,歼8F超巡能力将碾压F22,预计可以做到全程超巡!虽然其他方面不行,但是不开加力超巡的能力无与伦比,作为侦察机显然非常合适。
依托昆仑发动机,歼8G已经实现双“25”目标,即高度25000米,速度2.5马赫。根据试验表明,当飞机飞行速度达到2马赫时,机身表面温度约为100℃,2.5马赫时,机身表面温度将达到200℃,3马赫时,机身表面温度将达到300℃。现代飞机主要采用铝、锂、复合材料制造,这些材料在工作温度达到200℃以上时,强度将大大下降。因此,主流战机极限速度一般不超过2.5马赫。
2006年才首飞的歼8G截击机
由于机体强度无法满足要求,歼8G最大速度只能被限制在2.5马赫。若重新设计一款新飞机,我国甚至很可能基于昆仑发动机造出一款比米格25更好的双“3”截击机!
然而,即使是双“25”,也足以令我国周边国家和地区头疼。因为凭借优异的高空高速性能,歼8G可以用于快速侦察,快速撤离。敌方战机可能还没起飞,歼8G就已经回到我国领空了。可以说,敌人碰到这款战机搞侦察只能干瞪眼。虽然格斗不行,但是歼8G逃跑一流,快速升空拦截高空目标的能力也不是一般战机能比的。
三、落后主流又如何,涡喷14发动机也有特殊妙用!
虽然涡喷发动机已经落后世界主流水平,然而它却有妙用!涡扇发动机的优势在于低空巡航更加省油,一到高空,涡扇发动机运转效率就下降得很厉害,大大不如涡喷发动机。新概念发动机涡轮基组合循环发动机主要用于空天飞机,非常看重高空高速性能。以涡喷发动机为基础研制这种发动机是最好的选择。
鉴于涡喷14堪称涡喷发动机中的霸主,作为组合循环发动机的基础就再合适不过了!
美国J58组合循环发动机是世界上第一款组合循环发动机,诞生于上世纪50年代末。这种发动机采用涡喷发动机和亚燃冲压相结合的发动机组成一台高速飞行很省油的特殊发动机。最终美国凭借这款发动机打造出闻名世界的黑鸟高空高速战略侦察机。
安装J58组合循环发动机的黑鸟高空高速战略侦察机SR71
我国同样可以利用这款发动机打造中国升级版组合循环发动机和升级版黑鸟高空高速战略侦察机!
或许是因为我国的涡喷发动机水平领先各国,加速了涡轮基组合循环发动机的研制进程。去年年初,成飞所王海峰总师透露国产TBCC组合发动机(涡轮基组合循环发动机)已经完成试飞验证,标志着“腾云”空天飞机已经解决了单机入轨的动力难题!这个进度已经领先世界了!至今欧美国家都还没搞出同类发动机,由此可见昆仑发动机功不可没!
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士别三日,当刮目相看!不可因为涡喷发动机中低空、中低速性能被涡扇发动机碾压,整体性能不如涡扇发动机,就认为涡喷发动机应该尽早抛弃。这种发动机在特殊领域的潜力令人惊讶!时代不同也会造就它不一样的传奇!