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明星战机歼-20引人关注 核心航发选型迷雾重重

核心提示:即使歼-20已经在珠海和沙场阅兵上公开飞行,中国军方对歼-20的关键参数、关键系统依然守口如瓶。在众多的谜中,歼-20最大的谜之一无疑是歼-20的发动机。

【文/ 观察者网专栏作者 晨枫】

歼-20是个谜。歼-20的外形已经不是谜了,但即使歼-20已经在珠海和沙场阅兵上公开飞行,中国军方对歼-20的关键参数、关键系统依然守口如瓶。在众多的谜中,歼-20最大的谜之一无疑是歼-20的发动机。除了歼-20使用两台发动机,到现在为止,所有其他信息都是推测。除了语焉不详、怎么解释都可以的只言片语,官方是一点有用的消息都没有,网上则是什么消息都有。但除非有人站出来,宣布奉旨“官泄”,网上再“权威”的消息依然只能当作推测。

歼-20的发动机大体有几种猜测:

1、俄罗斯AL-31,有可能是增推的M1或者M2而不是基本型

2、涡扇-10B“太行”

3、增推的涡扇-10IPE(IPE应为Improved Performance Engine的缩写,也就是改进型)

4、涡扇-15

AL-31是苏-27系列的发动机,已经有多种改型。为歼-10B研制的Series 3的加力推力已经从基本型的123kN增加到134.3kN。为新版苏-30、苏-34研制的M1也是135kN,但最新的M2则增加到145kN。苏-35和苏-57的AL-41也与AL-31有渊源,有时直接成为AL-31-117或者-117S,推力在142-147kN级。苏-57的目标发动机则是“项目30”,这是全新设计的,加力推力应该达到178kN。

应该指出,AL-31的各种亚型从型号名称到推力数据多有混乱,这里的数据只是一家之言。

沈阳黎明的涡扇-10B“太行”的研发一波三折,但由于研发时间较晚,反而有条件采用一些典型第四代战斗机涡扇发动机才使用的先进技术,如对转的高低压涡轮和高达1800K的涡轮前温度,涵道比也达到0.78,高于AL-31F的0.59和普拉特-惠特尼F100-220的0.63,与通用电气F110-129的0.76相当。

在2014年珠海航展上,厂家透露涡扇-10的推力在12000-14000公斤(122-138kN),最好的型号达到14000公斤。122kN与AF31基本型推力相同,122kN和138kN可能是基本型与增推型的差别。增推型的生产状态还不清楚,也不清楚这是否就是IPE。

如果比照AL-31,从基本型到M2,推力增幅为18%;比照F100,从-100的106.4kN增加到-229的129.7,增幅为22%。考虑到涡扇-10的设计采用了一些实际上是下一代的设计,增推潜力应该至少不低于AL-31和F100。取两者的平均,也就是20%,那涡扇-10IPE的加力推力最终可能达到146kN级。

这当然是乐观的估计。AL-31用了30年才达到18%的增推,F100也用了17年。如果不是苏联瓦解后的极端经济困难,AL-31的增推可能用不了30年,但十几年应该还是要的。F100是普拉特-惠特尼的第二代战斗机涡扇,此前已经通过TF30(用于F-111和F-14)积累了大量研发和使用经验,这是黎明不具备的。但黎明也有后发优势。考虑到涡扇-10B大批使用到现在还不到10年,涡扇-10IPE要达到146kN级的推力,可能还是需要一点时日。

涡扇-15的一切都还是个谜。有说法军推达到110kN左右,加力推力达到180kN(一说197kN),在2005年已经进行过台架试验,在2009年已经达到160kN的推力,推重比达到9(最终目标10-11)。但这都只是外界传说,无法确认。涡扇-15的研发进度和生产状态更是保密的。一般认为,涡扇-15将成为歼-20的目标发动机。

歼-20的起飞重量现在只有各方推测,但一般认为,歼-20具有超巡和超机动能力。超巡需要在军推下达到M1.5一级的速度,勉强超过音速是没有意义的。作为比照,F-22的正常起飞重量为29400公斤,战斗机的军推推重比为0.8。

对于五代机,一些硬指标需求是一致的,F-22的硬指标可以作为歼-20的指标推测来源

军推推重比0.8左右是必要的。F-104的加力推重比为0.76,米格-21为0.81。这些50年代的战斗机只有在加力状态下才能达到超音速。为了达到M2的速度,把减阻做到了极致,代价是机动性。F-22、歼-20这样的新一代战斗机需要优秀的机动性,在减阻方面不可能那么极端(但依然比以阻力换机动性的第三代战斗机如F-15、苏-27的超音速阻力显著降低),相应地推重比需要高一点,或者超巡速度降低一点才行。

歼-20的超巡能力不得而知。阻力在接近音速时急剧提高,但跨过音速后,反而降低,因此有跨越音障的说法。有报导说早期歼-20在成都上空曾多次造成音爆,这是超音速飞行的特征。

超音速产生的音爆不仅扰民,而且可能造成玻璃破碎、物件震落,严重的情况可以造成身体不适。这是从50年代就知道的事情,也因此一般禁止在城市或者人烟密集地区上空做超音速飞行。成飞的试飞员不可能不知掉这一点,歼-20的超音速能力也不是应该在城市或者人烟密集地区证明的事情。

最可能的原因就是相对于现有发动机(一般认为早期歼-20用AL-31作为动力)的推力,歼-20的跨音速阻力出乎意料地低,试飞员在无意之间就突破了音障,造成了音爆。如果属实,这是歼-20超巡能力的间接证据。

有人根据珠海视频推断,歼-20已经实现了军推垂爬,因此达到1.0以上的军推推重比,由此推断歼-20不可能采用除涡扇-15之外的任何发动机,因为AL-31和涡扇-10不可能达到那样的军推推力。

视频是很不可靠的。在没有仪器测量或者地物参照的情况下,单靠单一视角的视频是难以判断战斗机是否在垂直爬升。战斗机是可以借助水平速度跃升的,这就是中学物理中动能换位能的道理。跃升速度可以在一段时间里显著超过稳定爬升速度。所以,即使在爬升中没有显著的目视减速,也不说明这就是稳定的爬升速度。

具体到军推推重比1.0以上,现在还没有已知的任何战斗机达到军推推重比1.0以上。当然,更换概念是可以的,在军推推力下,F-22只携带1800公斤燃油和不带任何武器的话,是可能达到军推推重比1.0的。但是1800公斤只占8200公斤机内燃油量的22%,肯定不是作战状态,只够本场起飞、表演。

事实上,即使在航展表演中,也没有见到过任何可以确认的F-22在减油状态下用军推垂爬的消息,因为从表演效果而言,这没有必要,也不见得比用加力的垂爬好看。珠海的歼-20不是本场起飞、着陆的,可能是直接从成都飞过来的。算上返航燃油和必要的应急余油,很难想象在珠海的时候只有20%左右的燃油。

另外,歼-20在珠海的飞行表演总体上温吞水一杯,很难想象反而要展现军推垂爬这样的极限动作。在没有更确切的信息之前,只能推断这不是军推垂爬,只是较大角度的斜跃升。

尾喷口状态上看,珠海航展上歼-20的表演中是开了加力的

至于更换概念的军推推重比,推重比通常是按照正常起飞重量计算的,也就是包括飞行员、机内燃油和基本机载武器的重量。正常起飞重量通常在最大起飞重量的65-75%,当然有例外。正常起飞重量是按照飞机的任务确定的。用低于正常起飞重量的其他重量(如半油重量)作为计算基准,除非有特别指明的目的,只能是博取好看的花招,缺乏实际意义,就像量腰围的时候使劲吸气收腹一样,只是自己骗自己。要可比,还是应该以飞机的基准设计任务重量(也就是正常起飞重量)为准。

至于歼-20空重可能大大低于F-22、所以有可能达到军推推重比1.0,这更是很牵强的推断。中国的材料和制造技术取得了巨大成就,歼-20比F-22晚了20年,所以可以得益于更加先进的设计技术,这些都是确实的。但战斗机的空重、正常起飞重量、最大起飞重量不仅取决于材料、设计和制造技术,更取决于作战使命。反过来,先进技术提供了结构上的减重空间,也同时提供了增加更多的系统、燃油、武器挂载量的空间。战斗机重量的大趋势是增加的,并不因为局部结构减重而减轻。

如前所述,歼-20到底是多少重量,这还是保密的,但为了凑军推推重比1.0而硬性推测空重,这就太牵强了。

现在还没有准确的歼-20尺寸的数据,只能从座舱盖对比来推测歼20略大于F-22

假定涡扇-15达到了传说中的110kN军推,并比照F-22的0.8军推推重比,那歼-20的正常起飞重量在28000公斤左右,最大起飞重量在39000公斤左右。与F-22大体相当。考虑到歼-20的气动外形比F-22更加有利于减阻,配备涡扇-15的歼-20的超巡性能应该至少不低于F-22。

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责任编辑:高航

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