將登太行雪滿山:談殲 -20 戰鬥機的國產發動機

09-07

【文 / 觀察者網專欄作者 席亞洲】

最近,殲 -20 戰鬥機換裝新型發動機的照片在網上曝光。從尾噴口特征可以明顯看出,這是和國產殲 -11B 戰鬥機所用同一系列的渦扇 -10 發動機。這也驗證瞭去年珠海航展上筆者獲得的信息,即為瞭確保殲 -20 戰鬥機的後續生產,將可能使用渦扇 -10 改發動機作為殲 -20 的過渡動力。

其實殲 -20 的發動機,沒有那麼多可以爭議的內容。網上有些人拿著一些自以為是的數據在那裡試圖證實自己想象中的結論,比如從珠海航展上的拉起動作要推論殲 -20 已經裝上渦扇 -15 等等 ……

從圖中看,發動機和飛機的結合程度還不高,顯然這還隻是比較初期的試驗狀態

今日將登太行雪滿山 來日直掛雲帆濟滄海

其實,中國航空發動機裡面,渦軸 -9 雖然很少被媒體關註,卻是國內完全自行開發的成功發動機的優秀代表,完全應該多 " 吹捧 " 一下它

而另一方面,國內文宣單位在新式武器裝備宣傳口徑上,又往往喜歡玩弄一些春秋筆法,這就引起瞭更多網上的傳聞。目前和殲 -20 有關的國產發動機其實有好幾款,國內翻新的 AL-31F ——作為驗證機動力、渦扇 -10 某型——目前傳出照片的試驗機動力,以及尚未定型的渦扇 -10 增推——作為未來殲 -20 過渡動力,再加上渦扇 -15 ——殲 -20 的目標發動機,共 4 型。而這些發動機,多少都跟沈陽黎明航空發動機公司有關系,說他們研制殲 -20 的國產發動機,自然毫無問題。

那麼殲 -20 用上瞭渦扇 -10,對它未來的發展有何影響呢?

回顧歷史,技術跨度較大的戰鬥機在研制過程中往往會有多種發動機可供選擇的問題,在新飛機研制上是強調降低技術風險,還是追求高性能,往往是一對矛盾。

在這個問題上,我們看看美國第三代戰鬥機中代表型號 F-15 和 F-14 服役初期的發動機選擇套路,可以看出一些門道。

AL-31F series 42,這是方案概念階段展示的模型,還帶推力矢量,不過因為要損失一定的推力,中國空軍和俄軍都沒有選用帶矢量的方案

美國 F-15 戰鬥機服役之初,就是用成熟度不夠理想的 F100-pw-100 發動機開始試飛和初期服役的,並因此成就瞭這種戰鬥機 " 機庫女王 " 的名號。

稍後開展的 F-16 戰鬥機研制中,初期使用的發動機也是 F100-PW-200,實際上它和 PW-100 相比,並沒有多大改進。因此在 F-16C/D 研制開始的時候,美國空軍已經要求這種飛機要具有通用發動機設計,可以在通用電氣 F110 發動機和普惠 F100 之間選擇發動機。

至於真正 F100 達到 " 能用 " 階段,其實是要到 1986 年 F100-PW-220 發動機出現以後瞭。

而這段時間期間,美國海軍在自己的艦載主力戰鬥機 F-14A 研制中,就選擇瞭更保守的方案,不使用與 F100 同期開發的 F401 發動機,而選用瞭保守傳統的 TF30 發動機。

這段故事在昨天《現代兵器》雜志編輯黃國志先生的文章裡也有提到,當然,黃先生是想要表達的重點是 F-14A 戰鬥機在更換 F110 發動機,也就是 F-14B 之後性能更加強大。

論性能,上世紀 70 年代的 F-15A 那是 " 天下無敵 ",但 F100 發動機的高故障率導致其出勤率一直難以提高,被稱為 " 機庫女王 "

伊朗采購 F-14A,和該機妥善率更好不無關系,這部分得益於該機發動機選擇的 " 保守 "

但在筆者看來,F-14A 選擇 TF30,對於這種戰鬥機來說不是壞事,這個選擇確保瞭美國海軍在 80 年代初冷戰最高峰的時候,擁有比美國空軍高得多的三代機妥善率,而這對於戰鬥機數量遠少於美國空軍的美國海軍艦載戰鬥機部隊來說,是至關重要的。

而且,大傢也都知道,伊朗是在 1974 年選中 F-14A 戰鬥機,而沒有選擇動力更強勁的 F-15。當然,大傢也都看過網上關於格魯曼公司精心安排 F-14 戰鬥機在 F-15 飛行表演的時候偷偷加大油門,把燃油幾乎耗盡,從而在空中取得最佳機動性,贏得當過飛行員的伊朗國王青睞的故事。

但事實恐怕並不是這麼簡單。伊朗空軍在 70 年代作為抗蘇前沿,面對蘇聯米格 -25 戰鬥機的威脅,需要的正是一種具備強大攔截性能的戰鬥機,F-14A 戰鬥機所配備的射程 100 公裡,可以 " 發射後不管 " 的 " 不死鳥 " 空空導彈在當時看起來遠比 F-15 上的半主動 " 麻雀 " 導彈給力的多。

另一方面,F-14A 保守的發動機選擇讓它在當時的時間段擁有更好的出動率和保障條件也是非常重要的,伊朗空軍 1975 年訂購的 80 架 F-14A 和 714 發 " 不死鳥 " 導彈,再加上夠用 10 年的發動機和其他備件。

在殘酷的兩伊戰爭中,這些戰鬥機擊落瞭 58 架米格 -23、33 架幻影 F1、23 架米格 -21、23 架蘇 -20/22、9 架米格 -25、5 架圖 -22、2 架米格 -27、1 架米 -24 直升機、1 架 " 超黃蜂 "、1 架幻影 5、1 架轟 -6…… 自身僅付出 12-16 架的損失,其中空戰中被擊落的數量極少。

盡管發動機不給力,但 F-14A 在兩伊戰爭中,依靠領先對手一代以上的火控雷達、遠程導彈和優秀的機動性能,把空戰達成瞭單方面 " 屠殺 "

在用現有俄制發動機的前提下,殲 -20 也具備超音速機動性能和跨音速巡航能力,再加上隱身性能和射程比對手翻一倍以上的霹靂 -15 導彈,在現代空戰中穩執牛耳毫無問題

這令人咋舌的輝煌戰績背後,F-14 在伊朗空軍中幾乎就是 " 孤軍奮戰 ",沒有預警機支援、沒有空中指揮機、也沒有地面自動化截擊指揮系統。

而且,更重要的是,在整個戰爭期間,伊朗也隻能從美國獲得少量的走私零備件。

這些具有傳奇色彩的 " 雄貓 " 戰鬥機,甚至到瞭 21 世紀的今天,依然活躍在伊朗的天空中,甚至在 2015 年,2 架伊朗 F-14 戰鬥機還參加瞭為空襲 IS 組織的俄羅斯圖 -95 轟炸機的護航行動。

如果說當年伊朗選擇的是發動機十分不成熟的 F-15,這樣的故事根本不可能發生。

如果說伊朗沒有未雨綢繆,向美國提前購買大量 TF30 發動機相關的零備件,這樣的故事 一樣根本不可能發生。

如果說伊朗等著 F100 發動機成熟起來再買——那就沒有後來瞭 ……

生逢其時是一種戰鬥機的最大優勢,如果在關鍵領域占據瞭絕對優勢,那發動機性能稍有短板之類的問題就不能阻止一種劃時代的戰鬥機主宰天空

航空動力行業知名的蠢事之一,印度為米格 -27 戰鬥轟炸機改裝 AL-31F 發動機,結果飛機性能反而下降瞭

F-14 可以說是一個極為經典的案例:一種技術狀態穩定、存量多,但性能一般的發動機,成就瞭一種偉大的戰鬥機。

與伊朗那些最初期版 F-14A 相比,美國海軍的 F-14A 服役生涯就平淡得多,畢竟美國海軍沒有迎來想象中的與蘇聯空軍和海軍航空兵的最終對決。美軍的 F-14A 在 1981 年和 1989 年兩次錫德拉灣空中對抗事件中,擊落瞭利比亞的 2 架蘇 -22 攻擊機和 2 架米格 -23 戰鬥機。

而在 1991 年海灣戰爭中,經過瞭現代化改裝,終於用上瞭 F110-GE-400 發動機的 F-14A+ 戰鬥機卻遇到瞭一件尷尬的事情,當他們期待著用 AWG-9 雷達和 AIM-54 導彈痛揍伊拉克人的時候,卻發現伊拉克人面對這種在兩伊戰爭期間就已經非常熟悉的老冤傢,選擇瞭隻要一發現 AWG-9 雷達開機,立刻遠遠逃跑的 " 戰術 "…… 結果姍姍來遲 F110 發動機反而並沒有幫助這些 F-14A+ 取得更好的戰績,整個海灣戰爭中,F-14A+(稍後改名 F-14B)僅僅擊落瞭一架逃避不及的米 -8" 河馬 " 直升機,反而有一架被伊拉克人的 S-75 防空導彈擊落。

至於後來進行深度現代化改進的 F-14D,在後來幾年的反恐戰爭中卻被用來執行各種轟炸任務,根本沒撈著空戰。

90 年代,F-14D 終於換上瞭推力強大的 F110 發動機,並全面更新航電,但終其一生,隻執行瞭一些對塔利班和伊拉克的轟炸任務

從伊朗和美國 " 雄貓 " 的空戰歷史,我們可以看出另一個問題:一種及時到位的,不完美,但是具有跨時代意義的 " 現在完成時 " 的戰鬥機的意義,可能遠超過需要漫長等待,才能完善起來的 " 將來完成時 "。

對於中國空軍來說,主要對手已經擁有一百多架強大的 F-22 戰鬥機,後續還將以每年數十架的速度生產 F-35 戰鬥機。更重要的是,許多不友好的國傢和地區,也在努力加強自己的空軍,F-15K、F-15J 升級型、F-16V、蘇 -30MKV、蘇 -30MKI、陣風、F-16 BLOCK 70 或鷹獅 ……

隨著 2011 年 718 工程原型機初試啼聲,中國周邊瞬間進入瞭 " 軍備競賽 " 模式。

如果殲 -20 嚴重跳票,就像 1969 年首飛的殲 -8 那樣,花上 11 年功夫才定型,又難以大批量生產,而且技術性能也遠不能達到最初設想水平 ……

等到殲 -8 的完美版,殲 -8F 出現的時候,當初為瞭對付殲 -8 緊急引進 F-4 的日本已經換上瞭 F-15J 好多年,美國海軍的 F-14 都已經要退役瞭。

時代的眼淚

如果這種事發生在殲 -20 身上 …… 後果簡直不堪設想。

可以說,從立項的那天起,殲 -20 就已經註定要突破中國航空工業所有的慣例和現成經驗。其項目領導體制級別之高,甚至不亞於當年的兩彈一星。

正是因為等不起,一些行業痼疾,在這種決心面前,統統需要讓路。

隻要能確保殲 -20 發揮戰鬥力,一切都要讓位於性能和進度,不能顧忌面子和固有的利益,這或許也是殲 -20 總設計師楊偉在這種飛機的研制過程中受到巨大壓力的原因。

飛起來的第一道關,用國內翻新的 AL-31F 發動機過去瞭。

試生產和小批量生產,用我方出資,俄 " 禮炮 " 廠生產的 99M1 改進型發動機過去瞭。

接下來,殲 -20 站在瞭大批量生產的門檻前。

今年中國空軍的宣傳大片《空天獵》中,殲 -20 將以高清無碼大圖方式和全國人民見面

其實早在去年珠海航展,99M1 改進型發動機質量問題的消息已經傳出來瞭。

畢竟 " 禮炮 " 是俄羅斯的廠,即使我們從一開始就出資(這你就可以理解為什麼禮炮廠給 SU-27SM3 戰鬥機安裝的 99M1 發動機被俄國防部長紹伊古稱贊為 " 不花國傢一分錢研制經費 "……),並從一開始就深度介入瞭這種發動機的研制(通過種種方式,此處可以發揮想象力),但終究我們控制不瞭俄羅斯政府,也不能直接指揮 " 禮炮 " 廠。

經過一年左右時間,俄羅斯發動機的質量能否如他們的承諾一樣,大有好轉,尚待驗證。

目前,俄羅斯正在推動其國內發動機行業的進一步整合,在這個過程中," 禮炮 " 廠必須穩住中國用戶,才有可能給自己爭取一個比較有利的位置,不然光靠俄軍訂購蘇 -34 戰鬥機的發動機的訂單,該廠遲早會和 " 烏法 " 一樣,成為 " 土星 " 旗下的生產中心。這也就讓他們有壓力去提高 99M1 改進型的生產質量。

此外,中國國內早就有 AL-31F 發動機的大修線,能夠自行生產制造 AL-31F 的大多數主要零件。如果實在不行,可以在國內對不符合要求的發動機進行調整,隻不過這涉及的成本頗大,而且上來就對全新發動機進行 " 大修 ",也頗為荒謬。但還是那句話,為瞭確保殲 -20 盡快形成初期戰鬥力,沒有什麼不可能。

至於這次大傢看到的殲 -20 裝渦扇 -10 發動機的照片,從圖片上可以看到,發動機和發動機艙之間的配合都還不完整,表明這是一架進行殲 -20 和 " 太行 " 結合試驗的飛機,兩者間的結合還處在比較初期的狀態。

雖然我們能從尾噴口細節明顯看出這是渦扇 -10 發動機,但究竟是不是傳說中的渦扇 -10B,隻能說真的不清楚,這不是肉眼能看出來的。

我們隻能從理論上分析一下,如果給殲 -20 裝渦扇 -10 發動機,會怎麼樣。

首先,要強調,即使殲 -20 裝上渦扇 -10B,不會比 F-14A 裝 TF-30 更 " 差 "。其實,現代戰鬥機即使在發動機不怎麼給力的情況下也可以眼花繚亂,你看《壯志凌雲》裡那些 F-14A 上下翻飛是不是很爽啊?那可是用的性能相當不咋地的 TF30 哦。

殲 -20 由於采用隱身設計,所有武器在機身內,始終保持幹凈構型,實際阻力比同樣用兩臺渦扇 -10 的殲 -11B 大幅度減小。再加上,殲 -20 的氣動外形設計也高度強調超音速性能,其實際減阻效果應該比蘇 -27 系列有較大的提高,尤其是超音速條件下。

但同時,由於機內燃油較多、參考美國 F-22 戰鬥機和 F-15 的對比,殲 -20 可能也會比殲 -11 系列增加一些重量,即使考慮結構和材料上的進步,最終殲 -20 的正常起飛重量恐怕依然會比蘇 -27 系列增加。

那麼我們參考美國空軍提供的數據,F-22 戰鬥機的正常起飛重量 29.4 噸,兩臺 F119 發動機最大軍用推力(不用加力),總推力約 23.6 噸力,加力推力,軍推推重比 0.8,最大加力時推重比 1.07。

從 YF-22 到 F-22,空重增加數噸,燃油和其他載荷相應減少,但正常起飛重量是基本相似的

F-15C 戰鬥機正常起飛重量 20.2 噸,兩臺 F100PW-220 發動機最大軍推下總推力約為 13.2 噸力,最大加力推力總計 21.4 噸。軍推時推重比 0.65,最大加力時推重比 1.06。

相比之下,蘇 -27SK 正常起飛重量 23.4 噸,兩臺 AL-31F 發動機最大軍推 15.34 噸力,加力推力 24.4 噸力。軍推時推重比 0.65,最大加力推重比 1.04。

殲 -20 戰鬥機的正常起飛重量,我們且按照接近 F-22 的 29 噸來算——即使比 F-22 晚瞭幾十年研制,但考慮到全機尺寸比 F-22 大,我們很難想象殲 -20 的重量反而能比 F-22 輕太多。

如果使用 99M1 改發動機,按照禮炮廠當初研制 99M2 時提出的數據,加力推力有 14.5 噸,軍推可能是 9.4 噸。那麼算下來殲 -20 的推重比在軍推時為 0.64,最大推力時推比為 1 左右。

而我們現在已經知道,使用 99M1 改發動機的殲 -20 在試飛中用最大軍推可以達到 1 馬赫左右的飛行速度。也就是說,殲 -20 的氣動佈局設計非常成功,在跨音速和超音速段的減阻效果比三代機革命性的進步。

用 99M1 改發動機的殲 -20 能用接近 F-15C 的推重比數據,實現跨音速巡航、長時間維持超音速飛行狀態。並且,憑著較好的升阻比特型,在超音速飛行的時候還能進行機動而不大幅度掉速度(當然肯定得開加力瞭),這就是 " 沙場閱兵 " 時飛行員所說的 " 超音速性能就是殲 -20 的天下 " 的原因。

而如果殲 -20 換渦扇 -10B 會如何呢?該發動機的最大加力推力有 13.5 和 13.2 噸的說法,這裡我們悲觀一點,采用 13 .2 噸說,而其軍用推力,可能是 8 噸左右。那麼算下來,軍推下推比 0.55,加力推力下推比為 0.91。這個推重比,即使是在第三代戰鬥機當中,也不算很優秀。

當年美國和蘇聯,為瞭爭奪 " 天下第一戰鬥機 " 的 " 話語制高點 ",拿 F-15 和 SU-27 搞創紀錄飛行,到最後蘇聯弄出瞭幾乎拆掉飛機上所有對維持飛行無用的零部件的 P-42 創紀錄飛機, 這架飛機比普通蘇 -27SK 減輕接近 4 噸重量,在創紀錄飛行時僅帶 1 噸燃油,結果該機在垂直爬升中超過瞭聲速,其推重比高達 2。

如果殲 -20 能夠大幅度減重,例如正常起飛重量降低到 25-26 噸,那麼即使是用渦扇 -10B 發動機,也一樣會具有驚人的性能。反過來,如果殲 -20 真是這個空重,裝上 99M2 發動機,其推力性能就和 F-22 旗鼓相當瞭。

用於創紀錄的 P-42 試驗機,該機連油漆都被刮掉,以減輕重量,減重 4 噸,才勉強超過 F-15 的爬升率數據,事實上,蘇 -27 本身也不是動力充沛的戰鬥機

但這個減重幅度,對於第四代戰鬥機而言,恐怕不現實。

美國的 F-22 從原型機 YF-22 的 15 噸空重,到實際服役的時候空重變成瞭 19 噸。殲 -20 在現有基礎上進一步大幅度減重,必然帶來成本大幅度增加,除瞭機動性外的其他性能也會有所損失 …… 最後恐怕就得不償失瞭。所以換上渦扇 -10 的殲 -20,飛行性能將會有所降低,再所避免。

這裡筆者還是要強調,即使采用渦扇 -10B 發動機的殲 -20,隻要有先進的雷達、先進的導彈、先進的航電,先進的飛控、先進的信息化能力 …… 至少靠更好的隱身性能,強吃亞音速飛機 F-35,毫無問題。更不用提壓制各種三代機瞭。

隻是對於部隊來說,用俄發版殲 -20 摸索的超音速機動和隱身相結合的戰術戰法,就等於被廢掉瞭大半武功,或者至少是受到很大限制,這樣空軍恐怕很難接受。

因此,筆者認為未來殲 -20 不大可能直接用推力過於勉強的渦扇 -10B 發動機。從目前裝機的狀態來看,殲 -20 要開始為使用渦扇 -10 系列發動機做準備倒是可以肯定的。

從目前換上 " 太行 " 的殲 -20 後機身看,從開始使用 " 太行 " 試飛,到真正完成 " 太行版 " 殲 -20,恐怕起碼還需要幾年時間。

因為渦扇 -10 系列的直徑和 AL-31 系列直徑有區別,因此 " 太行版殲 -20" 肯定是需要局部修改設計的。有瞭尺寸合適的 " 太行版 " 機體,接下來才能考慮 " 太行版殲 -20" 究竟用哪一款太行。

從黎明公司珠海航展上公佈的相關發展計劃來看,渦扇 -10IPE 或許是殲 -20 可用的選擇,該發動機推力據稱可以達到和 99M1 改紙面數據相當的水平。

如果渦扇 -10 IPE 在推力性能和 99M1 改相當,那麼它將很有可能成為殲 -20 的過渡性發動機。當然,目前渦扇 -10 IPE 發動機本身的研制究竟到瞭什麼階段,我們也還沒有消息。

那麼,渦扇 -10 發動機的產能能夠滿足殲 -20 大批量生產的需要嗎?

大傢都知道,黎明廠的生產速度在過去的幾年裡也隻是差強人意,要想短時間大幅度提升生產速度,恐怕也還是很有難度的。

據沈陽地方政府公示信息,黎明廠新建的廠房在 2011 年批準規劃,經過幾年建設,現在看起來應該已經竣工,該廠生產能力未來幾年內可能有較大幅度提高

目前已經知道選用渦扇 -10 系列的國產戰鬥機已經有:殲 -16、殲 -11B、殲 -11BS…… 再加上殲 -20 和殲 -10C ——黎明廠的現有產能肯定填不滿坑瞭。如果要大幅度提高產能,不僅僅是黎明廠要擴建,為渦扇 -10 生產配套零部件的全國許多企業都要面臨擴建的問題。

事實上,從去年開始中央電視臺的報道也好,網上許多財經網站披露的黎明廠盈利大幅度提高也好,其實都是渦扇 -10 大幅度提高生產規模的跡象。近年來在沈陽當地的政務公示信息中,也可以看到黎明廠大規模擴建廠房的信息。

當然,從擴建到產能大幅度上升,還有一段時間,或許起碼幾年。這倒也是和前面提到的 " 太行版 " 殲 -20 飛機需要的研制時間基本匹配。

至於殲 -20 戰鬥機形成初期戰鬥力的問題,從現在空軍已經開始列裝殲 -20,並且正在加快形成戰鬥力來看,不大可能臨時換發動機。

目前殲 -10C 和殲 -20 都需要使用 99M1 改發動機,對於在未來相當一段時間內該型發動機將成為解放軍空軍重要裝備

另一方面,中國已經和他們簽署瞭采購大量 99M1 改發動機(俄方交付的正式名稱叫做 "AL-31FN series 3",或 " 運用 series 42 批次技術改造的 AL-31FN",雖然這些發動機其實用瞭 99M2 的相關技術改進,但沒有另行向俄主管機構申請新的型號名稱 ) 的合同,這些發動機目前隻有殲 -20 和殲 -10C 用,俄羅斯自己並沒有使用該發動機的飛機。所以從發動機數量上來說,俄發是可以滿足殲 -20 初期批量生產需要的。至於生產質量問題,禮炮廠也在進行整改,改善 99M1 改發動機交付質量的工作據說已經落實——當然實際效果還是得靠產品說話,中國方面也等著看效果。

綜合上述,對於中國空軍來說,殲 -20 現階段,盡快完成技戰術摸索,形成戰鬥力最重要。正如我們前面說的,這是硬性要求,不可能動搖,任何利益、榮辱都要服從這個要求。那麼,繼續沿用俄制發動機就沒什麼可說的瞭。

而未來幾年,我們將可以看見 " 太行版殲 -20" 的更多細節。如果殲 -20 選擇保守的方案,用渦扇 -10B 的話,短期內可以滿足空軍盡快裝備四代機,縮小與對手技術差距的要求。就像美國海軍 1986 年前使用 F-14A 的狀態。

如果用渦扇 -10IPE,那麼 " 太行版 " 實際裝備部隊的時間,或許還要再推遲一些,而飛機的部分性能,和 " 俄發版 " 殲 -20 相比,可能還稍有提高。

但不論哪一個,當 " 太行版 " 戰鬥機批量制造出來的時候," 俄發版 " 的生產應該也就會告一段落。這和殲 -11B 戰鬥機換發渦扇 -10A 以後就不再生產使用 AL-31F 的型號是一樣的。

至於未來的渦扇 -15 發動機,我們現在隻能說,前途是光明的,道路是曲折的,任何科研工作不可能一帆風順,遇到一些挫折也是難免的。在有性能尚可的過渡方案的前提下,進度推遲一些,並不是災難。

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