深度:美国新一代发动机通过测试 推力超涡扇20三倍

2016年11月07日 12:00 新浪军事 微博
微博 微信 空间 分享 添加喜爱

  新浪军事编者:为了更好的为读者呈现多样军事内容,满足读者不同阅读需求,共同探讨国内国际战略动态,新浪军事独家推出《深度军情》版块,深度解读军事新闻背后的隐藏态势,立体呈现中国面临的复杂军事战略环境,欢迎关注。

美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:地面测试中的GE9X

  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。

美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:运20目前使用的是俄制D-30KP-2发动机

  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。

美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:CFM-56B发动机,可以通过前面的人直观参考它的风扇直径大小。运20将来采用的涡扇20发动机,大小与此基本上相当。
美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:运输中的GE9X发动机样机

  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。

美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:伊尔 96卖不出去,早期的直接原因在于本身故障多、特别是PS90A发动机本身故障多,因此在投入运营以后,设计制造方不得不与运营商签订可靠性保证协议(这在苏俄历史上是首次),并投入大量精力进行改进。但性能和成本上的竞争劣势,则无法挽回。

  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。

美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:安-124这个级别的运输机,单台发动机推力需要20多吨,国内必须在涡扇20之外再开发独立的型号。

  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。

美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:波音777。发动机数量减半带来的性能和成本优势极大

  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。

美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:国内在伊尔76平台上测试涡扇20(红圈中发动机)

  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。

美国新发动机推力45吨通过测试,一台发动机推力顶4台涡扇20图:随着发动机越做越大,不仅仅部件的强度、刚度等性能实现上的难度急剧提高,对于发动机设计合理性的要求苛刻性也在急剧提高,其风扇、高压压气机、低压压气机、涡轮的匹配设计难度之大,远不是F110、太行这些三代军推发动机可以望其背项。

  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)

  本栏目所有文章目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。凡本网注明版权所有的作品,版权均属于新浪网,凡署名作者的,版权则属原作者或出版人所有,未经本网或作者授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。

  新浪军事:最多军迷首选的军事门户!

推荐阅读
聚焦
关闭评论