變循環(huán)發(fā)動(dòng)試驗(yàn)推力可能超過(guò)20噸了!

1980年代,第三代戰(zhàn)機(jī)快速興起成為主流,是與渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始大規(guī)模替代渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)是一致的。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的比較優(yōu)勢(shì)是中低空推力更大,而且相對(duì)更加省油。之所以如此,就在于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)都是有外涵道的。而渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)就是一個(gè)單筒,根本談不上什么外涵道。如果說(shuō)得簡(jiǎn)單一點(diǎn),那么渦扇就是一個(gè)大筒在里面再套個(gè)小筒;兩個(gè)筒同時(shí)進(jìn)氣,最終也一起噴氣,產(chǎn)生反推力。不過(guò)進(jìn)入兩個(gè)筒的空氣經(jīng)歷的過(guò)程并不相同。外涵道也就是外筒的空氣流并不經(jīng)過(guò)燃燒室,因此溫度和壓力增加不多。而內(nèi)涵道的空氣必須經(jīng)過(guò)壓縮、助燃和做功的過(guò)程。作為推動(dòng)前風(fēng)扇和前多級(jí)壓氣機(jī)的動(dòng)力來(lái)源。內(nèi)筒最終噴氣的溫度高、壓力也大,但是氣流量比較小。外涵道雖然噴氣的壓力和溫度都更低,但是氣流量大。因此增加外涵道的氣流量比例,

是增加渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)總推力最有效的辦法。大部分大直徑渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)就是通過(guò)擴(kuò)大外涵道直徑和氣流量來(lái)獲得更大的推力。不過(guò)外涵道比例過(guò)大,那么發(fā)動(dòng)機(jī)本身的迎風(fēng)阻力就越大,最終形成很強(qiáng)的風(fēng)車效應(yīng)。在亞音速下問(wèn)題不大,但是想超音速卻很難。這就是大部分傳統(tǒng)的大渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)不能安裝在類似協(xié)和客機(jī)這類2倍音速的飛機(jī)上當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī);或者說(shuō)F35的F135發(fā)動(dòng)機(jī)名義推力很大,接近20噸級(jí),但整體飛超音速卻困難重重的根本原因所在。傳統(tǒng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)還有一個(gè)問(wèn)題,這就是其涵道比,也就是內(nèi)筒和外筒通過(guò)氣流的比例是先天固定的。這樣會(huì)導(dǎo)致高速飛行時(shí)進(jìn)氣效率高的外涵道不但不太起作用,反倒在風(fēng)車效應(yīng)下成為“阻力物”。真正的有效氣流,仍然通過(guò)內(nèi)涵道進(jìn)入燃燒室。這樣一來(lái),就算是燃燒室不斷地提高渦輪前的進(jìn)氣溫度;

從過(guò)去的最高1750K提高的1950K,甚至是2000K;也就是不斷提高材料水平和渦輪前后的壓力差,但是由于氣流總量提高有限,如果在不開(kāi)后加力的情況下,這種達(dá)到全球第四代水平的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),其非加力推力仍然不算特別突出。比如典型的如F22A上安裝的F119發(fā)動(dòng)機(jī)。其早期型號(hào)的加力推力只有13.6噸左右;實(shí)際裝機(jī)版增推到15.6噸;而據(jù)說(shuō)升級(jí)版最大推力可接近18噸級(jí)。這個(gè)最大推力仍然是油門推到底下的加力推力。但就算是到了18噸的加力推力極限。其中間推力,也就是不開(kāi)加力時(shí)的軍用推力。仍然很難超過(guò)11噸級(jí)!雖然F22A可以靠這個(gè)11噸的中間推力,雙發(fā)推力合并是22噸的水平,實(shí)現(xiàn)所謂的超音速巡航,但實(shí)際超巡時(shí)間也就是十幾分鐘,而不是過(guò)去長(zhǎng)期吹噓的半個(gè)小時(shí)以上。不開(kāi)加力可以超巡的好處實(shí)在是太大了??梢宰屪鲬?zhàn)半徑成倍提高。

而且無(wú)論主動(dòng)接敵占位還是開(kāi)火后快速脫離,總會(huì)占據(jù)絕對(duì)的先手。因此接近2倍音速的超巡能力。都是5.5代和以后的戰(zhàn)機(jī)最主要的追求指標(biāo),但是這個(gè)追求即使是像F119這種第四代先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也滿足不了。就在于其不開(kāi)加力的中間推力已經(jīng)很難提高。只有一個(gè)辦法可以解決,這就是采取自然變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。早在F120這種變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)剛剛裝機(jī)試飛時(shí),就在加力推力最大不過(guò)14噸的情況下,可以實(shí)現(xiàn)12噸級(jí)的中間推力!其比例輕松超過(guò)80%,相當(dāng)驚人。而一般的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),其非加力推力達(dá)到極限推力的65%都難。這就在于變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比是先天可調(diào)的。在高空高速超巡航的要求下,可以把整個(gè)外涵道的氣流全部調(diào)整到內(nèi)筒以內(nèi),和內(nèi)筒氣流一起進(jìn)入燃燒室。這樣不用極大提高渦輪前溫度,也不用開(kāi)油老虎式的后燃器,就可以實(shí)現(xiàn)驚人的推力指標(biāo)。

變循環(huán)的F120發(fā)動(dòng)機(jī),早在1990年代末,就在YF23上創(chuàng)造了1.8馬赫的加力巡航飛行能力,不過(guò)最終卻莫名其妙地落標(biāo)。后來(lái)不死心,又一次參與了F35配套發(fā)動(dòng)機(jī)的競(jìng)標(biāo),但是又輸給了F135。這兩場(chǎng)連續(xù)的敗落,讓整個(gè)西方航發(fā)在變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)上30年無(wú)所作為。居然至今找不到裝機(jī)對(duì)象,而期間起碼浪費(fèi)了25年以上的寶貴時(shí)光。就像龜兔賽跑,有中間打盹的,就有一直在穩(wěn)步追趕的。而某新型變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)即將進(jìn)入高空臺(tái)階段,全加力推力已超過(guò)了20噸級(jí),終極推力被認(rèn)為可以超過(guò)25噸。完全可趕上未來(lái)幾年的重要節(jié)點(diǎn)!這是飛機(jī)發(fā)明后,超級(jí)大國(guó)在航空技術(shù)上,第一次不再領(lǐng)先全球!