自从我国的美标第五代战斗机歼20问世以来,关于它的性能和美国F22隐身战机比较谁更强一直存在很大争议。部分网友认为歼20在雷达、空对空导弹方面领先美国F22一代,而且前者配备的光电探测系统后者根本就没有,因此歼20的综合性能理应更强。另一部分网友却认为,歼20存在发动机推力不足的毛病、隐身性能也不行。
然而,美国F35领教过歼20的本领之后,美国空军高层却对歼20评价颇高。近期,土耳其版“歼20”隐身无人机开始试飞也说明歼20在业界人士眼里是一款不错的隐身战机,否则就没有模仿的必要。很显然,歼20隐身性能不行的观点是站不住脚的。这样一来就只剩歼20的发动机推力不足这一观点存在争议了。
歼20(上)和土耳其版“歼20”隐身无人机
随着歼20在今年珠海航展上表演“升叶飘”特技动作之后,发动机推力不足这一说法又不攻自破了
拜美国早期“PPT”吹嘘所赐,我国歼20研发团队一开始对“F22的升力系数超过2.0”这一说法深信不疑。于是,研发团队呕心沥血,经过长时间钻研,终于搞出了“升力体鸭式布局”这一超强气动布局,升力系数更是一举突破2.0。结果回过头来却发现,原来F22的升力系数根本达不到2.0,俄罗斯仿真测试结果证实它的升力系数只有1.5,即便我国料敌从宽,仿真测试结果也只能达到1.7。
更高的升力系数意味着达到相同机动性所需的推力更小,因此做出相同特技动作时,歼20所需的推力更小。凭借更先进的气动设计,歼20也具备惊人的机动性。在今年的珠海航展上,歼20把F22做的“落叶飘”动作硬生生地做成了“升叶飘”。这表明,歼20现阶段配备的发动机推力就已经足够大,不管它的推力是否能够达到F22发动机的水平,都已经能满足歼20的动力需求。今后再说歼20推力不足只能是自欺欺人了。
歼20做“升叶飘”特技表演
于是有人又说了,推力是够了,那么寿命呢?
随着轴承抗疲劳寿命突破5万小时之后,发动机寿命太短的问题也迎刃而解
经过几十年来的发展,我国的航空发动机已经取得长足进步,小涵道比发动机的推力已经超过140千牛,大涵道比涡扇发动机推力也达到160千牛左右,核心机更是发展到350千牛级别。
然而,长期以来,我国的军用航空发动机寿命一直不高。涡喷的寿命仅50小时,早期涡扇10发动机的寿命也只有1500小时左右。而美国的军用小涵道比涡扇发动机的寿命很早就超过4000小时,如今更是达到12000小时。真是人比人气死人。
然而,士别三日,当刮目相待。最近一则新闻表明,我国的航空发动机寿命很可能已经追上美国,甚至有望超过美国!
2022年11月3日,“环球网”发布一篇名为《全新突破!我国航空发动机关键构件疲劳寿命超5万小时》的报道证实,我国自主研制的航空发动机主轴承抗疲劳寿命试验突破5万小时!相当于可持续运转5.7年以上!
北京航空材料研究院高级工程师汤春峰在接受采访时是这么说的:飞机要飞几千小时上万小时,如果轴承出了故障,发动机就不能使用了,它是发动机的中枢。试验模拟了航空发动机的工作状况,到目前为止,已经试验加速等效寿命5万小时还未失效,试验还在进行当中。
央视报道披露,我国航空发动机主轴承抗疲劳寿命超5万小时
这意味着什么呢?
这个数值相当惊人!资料显示,美国的航空发动机主轴承使用寿命也只能达到2万小时左右。
据了解,决定发动机寿命的因素包括:主轴承、高压涡轮叶片、低压涡轮叶片、高压压气机叶片、风扇叶片、低压压气机叶片等零部件的使用寿命。
这其中最难攻克的是主轴承和高压涡轮叶片。前者需要在承受很大应力的前提下,长时间承受很高的转速和高温,自重还要足够轻。这就要求材料必须足够耐磨、加工精度必须足够高。后者需要在很高温度下承受横向和竖向复杂应力。
资料显示,我第三代航空发动机涡扇10基本型的涡前温度达到1747K,推力132千牛,最新改进型涡前温度更是高达1890K左右,推力150千牛左右。如果想继续提高涡前温度,那就要采用更先进设计和材料,例如尚未曝光的我国第四代航空发动机涡扇15。
涡扇10改进型发动机
按照划代标准,第三代航空发动机的涡前温度在1600K~1750K之间,推重比7~8。而第四代航空发动机的涡前温度在1850K~2000K之间,推重比9~12之间。
只要涡轮叶片能够耐受的极限温度足够高,适当降低运行时的转速就能降低涡前温度,寿命就能大大延长,美国同行也是这么做的。例如美国GE公司研制的F414小涵道比涡扇发动机有主打长使用寿命的F414-EDE型和主打大推力的F414-EPE型两种。这两种衍生型号的结构、材料完全一样,只是控制软件不一样而已,前者极限工作转速更低,热端使用寿命12000小时,后者极限工作转速更高,推力增大20%,但热端使用寿命降低至4000小时。
F414型小涵道比涡扇发动机
当然,前提是除了涡轮叶片之外,其他零部件也要有足够的疲劳强度,其中最关键的就是主轴承。
在以前,我国的航空发动机主轴承疲劳寿命较低,即便可以效仿美国采取降推力的方式来提升使用寿命,但却因为主轴承使用寿命太短,整机寿命还是难以提升。如今我国的主轴承使用寿命突破5万小时,只要不在乎推力降低幅度,理论上,我国现阶段就能将军用小涵道比涡扇发动机的寿命提升到5万小时以上,而欧美航空发动机强国顶多只能做到2万小时。因此,今后如果有谁再说我国的军用小涵道比涡扇发动机寿命不行,不是无知就是坏。
今后为了提升歼20的发动机使用寿命,我国完全可以为它的发动机设计两套设计软件,平时训练时非必要的情况下,发动机一直以“训练模式”运行,发动机最大中间推力和加力推力适当降低,必要时则可以立即切换成“战时模式”,发动机最大中间推力和加力推力恢复到设计极限值。
正在做特技动作的歼20
综上所述,自从我国突破航空发动机主轴承抗疲劳技术之后,歼20的发动机不仅推力十分充沛,就连使用寿命也同样能做到美国的水平,甚至可能做得更好!