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日前,美国通用公司应用于大飞机的新型发动机——GE9X大涵道比发动机的第一轮地面测试已经顺利完成。该发动机是目前世界上推力最大的型号,风扇直径达到3.4米,最大推力达到十万磅(超过45.3吨),未来将用于波音777等机型。
而按照目前各方信息汇总,中国计划用于运20、目前仍然在研的大涵道比发动机涡扇20;其推力水平会略高于目前运20上安装的俄制D-30KP-2(与伊尔76运输机相同)的12吨推力,并且在油耗上有较明显优势。即GE9X的推力接近涡扇20的4倍——实际上以现有推力来说,GE9X只要一台发动机,就能基本满足伊尔76这样200吨级大型运输机的动力需求。
对于国内的大飞机来说,血缘上与CFM-56家族非常相近的涡扇20发动机,其总体架构的潜力可以挖掘出15吨甚至更高的推力,足以满足运20,以及全国产化版本C919(用作反潜机等军用平台)的需求。但是在未来更大吨位的C929宽体客机上,即使是用更大推力的涡扇20改进型,也至少需要4台发动机才能满足推力要求。
而由此带来的发动机总安装重量、阻力和油耗增加、维护费用提高,都会使C929面对西方的同吨位双发大飞机处于完全的成本劣势下。实际上俄罗斯伊尔-96客机在其本国都无法利用政策扶持摆脱卖不出去的境地,很大的原因就在于西方用更大推力的双发取代四发,在性能和成本上优势过于显著,民航客户根本没有选择余地。
特别是对于中国未来要发展的比运20更大、与C5和安-124相当的400吨级战略运输机,涡扇20这种十几吨推力级别的发动机已经完全不够用——从经济、维护等实用性限制上讲,军用大飞机采用4发就是极限了,安-225那种六发设计是专为苏联航天做的配套设计是不具备参考价值的特例。
参考国外经验,对从战略运输机还是国内民用大飞机的发展来说,国内在未来必须开发至少2-3个推力等级都比涡扇20更高的大涵道比发动机系列;其推力水平分别针对20吨-30吨,和超过30吨以上的级别。而这些发动机——特别是30吨以上推力的型号,其设计制造难度必然会远远高于涡扇20。
目前国内对于大涵道比涡扇发动机的经验依然非常欠缺,涡扇20甚至还处于尚未定型、批量服役使用的状态,实际飞行时数极少、针对性的反馈和改进等积累基本上极少;要进一步发展更大尺寸、更大推力的发动机,可以说基础异常薄弱。
但也正是在这种状态下,国内更应该强调对于未来大涵道比发动机的预先研究。比如低压压气机和高压压气机的匹配问题,国内一直由于发动机基础原理研究不扎实,在从涡扇6到涡喷14、太行上几十年来都一直爆发不断。而涡扇6等型号的流产,实际上高低压匹配一直是技术层面的核心关键之一。
在未来的先进大涵道比发动机上,由于其高推力的实现本身就特别依赖于用尺寸更大、技术更少的压气机,实现更高的空气压缩效果,因此对于高低压配平的设计水平依赖远远高于二、三代军用涡喷/涡扇发动机。
而在这一方面的理论和实验积累,是绝对不可能光靠上面的政策决心和财力、人力投入就能在短时间里说实现就实现的,必须要有以十年为基本计算单位、真正把功夫做到实处的科研功夫才能完成具备足够广度和深度的技术基础储备。
到底中国未来的30吨级、40吨航空发动机何时才能投入可靠使用?这个问题的答案,将取决于现在、未来,国内对于相关领域的科研基础投入程度和管理水平,但可以确认的是,这将是非常艰辛而漫长的一次长征。(作者署名:候知健)
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