重磅消息!官方確認殲20換裝渦扇15,加力推力18.5噸、且已量產

彧蔚 發佈 2024-03-01T17:56:15.598870+00:00

2023年3月26日,北京航空材料研究院航空發動機特種合金材料項目負責人張勇,在接受公開採訪時,首次對外透露了我國航空發動機領域所取得的兩大突破。

2023年3月26日,北京航空材料研究院航空發動機特種合金材料項目負責人張勇,在接受公開採訪時,首次對外透露了我國航空發動機領域所取得的兩大突破。其中首要就是專為殲20研製的渦扇15大推力航發已經實現批量交付裝機,其最大加力推力高達18.5噸;同時現階段殲20裝備的渦扇10C航發的確存在,其最大加力推力達到了14噸級,並且這兩型先進航發的國產率都已經達到了98%以上。

另外關於專為殲35配套研製的渦扇19先進中推、以及現階段已經裝備運20B的渦扇20大涵道比航發、包括下一代戰機航發都已經進入航材改進和選材階段。也就是說,現階段無論是殲20現在裝機的渦扇10C、還是正式裝備的渦扇15都已實現批量裝機,同時在加力推力等多方面都已經達到世界領先水準,同時包括其他已經裝機和在研的先進航發,也都已經量產和進入改型階段。

運20B換裝涵道比更大的渦扇20,且已經實現批量裝機這已經不算是最新消息了,因為在最近一周內,網絡上已經多次曝光換裝渦扇20的運20B、以及基於運20B基礎上改進的運油20B重新試飛的諜照。

而且在最近一段時間內,不光有關於渦扇20試飛、以及批量裝機的諸多好消息,同時包括C919國產客機配套的CJ1000A商用航發,在運20空中試車台上裝機試飛的諜照,也都預示著後面C919批量交付後,其不光能夠快速交付商用,同時換裝渦扇20航發後,也能更早從軍成為我軍新一代反潛機、中型預警機等特種軍用載機平台使用。

但關於渦扇15的官宣消息這次來的很是突然,因為一直有傳言稱渦扇15已經開始試裝在殲20上飛行,特別是在2022年央視的新聞報導中,除了首次對外證實運20在換裝涵道比更大航發試飛外,報導畫面中也出現了一張被篷布覆蓋,但很像是渦扇15大推力航發組裝下線的照片,但由於官方並未對此進行任何證實,所以關於渦扇15到底進行到什麼階段了,外界一直處於各種猜測之中。

比較可信的消息,像官方的軍事雜誌《兵器知識》主編瞿雁冰,此前在接受公開採訪時曾對外透露稱,我國早在上世紀90年代底,殲20開始論證的時候就已經開始配套航發研製工作,並且在2017年殲20正式批量服役前一年,就已經基本完成渦扇15地面試驗階段,開始轉入科研試飛階段,並在2020年實現定型。但介於其整體性能相比上一代渦扇10系列進步很大,在批量交付方面準備的時間更長,所以我們的渦扇15雖然性能是非常超前的,最大加力推力超過18噸,最大推重比達到了11,但其批量裝機仍然要晚於殲20的批量交付,所以初期的殲20裝備的都是改進型渦扇10先進航發。

從航發的跨度來看,現階段批量裝備在殲20、殲16、殲10C、殲11B上的渦扇系列系列先進航發,雖然都屬於渦扇10系列,但不同版本之間的性能還是略有不同的,比如早期裝備在殲11B上的渦扇10A最大加力推力還不到13噸,而且故障率較高。

後面全面改進後的渦扇10B整體性能得到了顯著提升,特別是重新設計燃燒室和採用更多新型特種合金材料後,渦扇10B不僅最大加力推力接近達到13.5噸左右,而且油耗表現、可靠性和壽命都得到了長足提升。且根據裝備機型不同配備了不同的發動機尾噴管,比如殲10C和殲16裝備的航發尾噴口基本一樣,但殲20因為隱身需求其裝備的渦扇10航發是特殊定製的渦扇10C,有著特殊的鋸齒形尾噴口設計。

渦扇10B航發在定型、試產、量產過程中仍然在不斷改進升級,最終實現了加力推力14噸的技術指標,那作為全新研製的渦扇15最大加力推力達到18噸其實也不是什麼天方夜譚。比如美軍F22隱身戰機裝備的F119最大加力推力16噸,但該航發早在本世紀初就已經基本定型,2005年就實現了批量裝機;後面出現的第二款加力推力超過16噸的先進航發,除了基於F119基礎上擴大涵道比,為F35研製的F135最大加力推力達到18噸、現階段已經地面台架達到20噸外。

屬於全新研製,且整體性能符合殲擊機使用的先進航發,就只有此前俄羅斯為蘇57配套研製的「產品30」先進航發了,其在保持殲擊機配套航發所需小涵道比同時,通過優化壓氣機級數、燃燒室結構以及大量採用特種合金的基礎上,實現了最大加力推力達到18噸,推重比超過11的先進性能表現。

俄羅斯既然能夠實現最大加力推力18噸,推重比超過11的先進航發產品研製定型,那長期鑽研俄制武器裝備、以及對俄制武器裝備發展非常熟悉的我國,其實通過學習、總結自己所學經驗,並在我國特種高溫金屬合金技術取得質的突破後,研製出最大加力推力18噸、體重比11的渦扇15並不是空想。

比如小涵道比先進航發要想增加推力,要麼像F135一樣擴增涵道比,但這樣設計殲擊機的高速性不佳,所以不能學習;要麼就是增加壓縮比,也就是改變高低壓級數差比,實現更高的壓比、讓進入燃燒室的氣流渦輪前溫度更高,也就能在保持較低涵道比前提下,實現更大推力表現。因為根據相關材料證實,在其他條件不變的情況下,渦輪前溫度每提升100℃,發動機的最大推力就可以提升近20%。所以在材料耐高溫能力和渦輪葉片冷卻技術允許的情況下,儘可能提升發動機渦輪前溫度是提升發動機推力的重要手段。

要想提高渦輪前溫度和提升整機的推重比,有一項關鍵問題就是如何生產出質量輕、耐高溫性能強的特種高溫合金材料?傳統的鎳基金屬材料雖然最大耐受高溫已經能夠超過1550℃左右。但這樣的渦輪前溫度並不能在涵道比低於0.2的前提下,繼續實現更大的推力表現。

要想在涵道比不高於0.2前提下,實現更高的渦輪前溫度,最新做法是研製「定向單晶鎳基多通道合金材料」,來提升渦輪前溫度繼而提升發動機最大加力推力。但要想製造出這種單晶渦輪合金葉片,技術難度和冷卻工藝難度可就難得多了,因為要想製造出單晶合金材料,在晶體培養階段,只能允許一個晶粒長出它的頂部,然後讓這個晶粒長滿整個型腔從而得到單晶體。且在單晶體生長過程中,要使得其晶體生長呈螺旋狀結構攀升,這樣才能在保證整個晶體內部散熱均勻的前提下,不斷長出枝晶並最終進入試樣本體成為單晶鑄件。

而這樣的晶體定向生長且單向散熱看似簡單,但整個過程是極其難控制的,涉及到材料本身及鑄模的熱物理特性,並且考慮製造過程中的散熱條件等因素的影響,以及晶體的生長速度等,這些都需要經過嚴格的實驗設計以及大量的實驗數據,經計算後才能夠得出準確的結果,難度非常之大。而且這還只是單晶體定向生產技術的巨大困難和挑戰,在其生長過程中還要定期充入不同壓力的惰性氣體使得其晶體鑄件內部形成空腔結構,以滿足多通道氣膜冷卻需求。

而我國雖然一直在高溫合金材料量產方面遠遠落後於世界先進水準,使得我國的航發在推力、推重比方面提升不上去,但同樣也得益於我國在高溫特種合金領域的博才納長和長期堅持,近幾年的多項科研報導,已經對外透露了不少我國在高溫特種合金領域所取得的成功。比如2018年,中科院瀋陽金屬研究所,成功攻克了航空發動機單晶高溫合金葉片典型鑄造缺陷的全流程控制技術及應用成果,大幅提升了國內單晶葉片的合格率;2019年,西安交通大學機械工程學院王富教授在全球首次提出製備高溫合金單晶葉片的向上「抽拉法」,可大幅簡化單晶葉片的製備工藝,並大幅提高其綜合性能。

而這些技術的突破都能夠從多方面提升我國在單晶定向鑄件材料的量產工藝和水準,所以在我國科研部門幾十年的不斷堅持和突破下,我們一步一個腳印趕上世界先進水準,並實現世界領先的高溫定向單晶鑄件生產工藝的定型和批量化,為我國研製出最大加力推力18噸、且推重比高達11的先進航發量產,也是很正常的。

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