涡扇15发动机进入最后的测试阶段,会同歼20的升级版歼20B一同亮相
WS-15又叫“峨眉”,是我国隐身战斗机歼-20的标配发动机,官媒最早公开报道是在2017年,当年5月25日晚播出的央视《工匠之家》,披露了我国歼-20已经装备了国产发动机,而且节目最后还说,从第三代已成熟的发动机“太行”系列,跨越式发展到第五代“峨眉”发动机,令全世界为之惊叹。
央视连“令全世界为之惊叹”的字眼都用上了,可见WS-15的性能确实非同一般。
其实,这次央视报道中提到的第五代“峨眉”发动机,应该是第四代,即与美国普惠公司研发的F119和F135发动机,同属第四代;而之前的美国F110、俄罗斯AL-31,以及我国WS-10,则都属于第三代。
关于我国WS-15与美国F119和F135发动机的性能,军事专家宋心之老师曾经绘制过一个表格。
从上表的数据看,WS-15的加力推力和推重比已经与F119的量产型、F135 的原型在同一水平上,但与F119 的改进型、F135的量产型还有差距。
F119的军用推力与加力推力的比值约为0.67,F135的相应比值在0.6-0.64之间,WS-15的比值在0.57-0.64之间,似乎装WS-15的歼-20战机,超巡能力未必好于F-22和F-35。
实际上由于歼-20全机细长又采用鸭式布局,气动特性上跨声速阻力更小,超声速巡航升阻比更高。
按照歼-20飞行员的反映,战机超声速飞行的特性十分出色,很大程度是由于歼-20气动外形设计优秀导致的。
再看三种航发的涵道比,F135的涵道比是F119和WS-15的一倍还多。
这反映出F135外涵道流量更大,航发直径更粗,其好处是更加省油,坏处是阻力更大,高空推力下降更多,对实现超声速巡航和高机动都不利。
从这一点看,F-35更适合作为攻击机使用,并不适合做制空战斗机。
最后再来看一下涡轮前温度。
涡轮前温度是航空发动机先进程度的一个重要指标,在航空发动机涡轮和风扇设计水平相同的前提下,涡轮前温度每提高100K,推力增加15%。
可见涡轮前温度与发动机推力有很大关系。
F119航发的涡轮前温度达到了1977K,估计F135航发的涡轮前温度与其在同一水平。
WS-15的涡轮前温度大约是1850-1925K,已经接近了美国两种四代航发的水平,但比其低了约50-100K。
这说明美国四代航发的热效率更高,使用的耐热材料更好,热部件散热处理更先进。
WS-15的涡轮前温度尽管已经有了大幅度提升,但与最先进水平还有差距,说明我们在耐热材料和散热技术方面还要继续努力。
不过,F119也是分三级跳才实现了17.4吨的最大推力。
一开始其试验推力只有14.5吨;第二阶段放宽到15.6吨;最后才到17.4吨。
也就是不断对涡轮前最高温度加码,达到增推的目的。
而WS15由于研发时间更晚,更多地运用到了成熟的粉末涡轮盘和单晶叶片技术。
尤其是6.5万吨级的模锻设备在全球排名第一。
因此其涡轮盘和叶片可以长期承受更高的温度。
其少量下线的第一批加力推力已经可以达到16.2吨级,超过了F119发动机第二装机批次的水平。
现在第4批次可能已下线并装机试飞,已看齐F119增推版约18吨级推力。
批量装机歼-20后,必然登峰造极!
也就是说,WS15的后续批次性能已经开始比肩美国的F119,再说当今新技术日新月异,我们今后弯道超车是完全有可能的。
所以,最后再提一下我国的一项新型技术,即等离子体流动控制,这一技术被美国航空航天学会列为10项航空前沿技术之一。
据中国科学院院士李应红透露,我国在等离子体流动控制领域取得巨大进展。
对于航空发动机而言,等离子体流动控制可以预防最要命的喘振,以免发动机空中停车。
其实,等离子体流动控制早已被一些航空强国在研制和应用,但最主要的问题是,只能在低速下起作用,高速流场则不行。
因为它对流场产生的扰动太小,在低速时有效,在高速下由于动量比较大,把激励扰动淹没了,干扰不了流场。
为此,我国成立专项,解决等离子体流动控制怎么在高速流场下起作用。
最终研究出在高速流场下产生有效激励的放电方式。
基本原理就是脉冲放电,在很短的时间内产生很强的扰动,局部产生强烈的冲击波,即冲击波激励,但由于是脉冲的,平均功耗并不是很大,这样把等离子体流动控制从低速做到了高速。
通过流动控制对流场进行控制,不仅可以扩大发动机的稳定裕度,还可以提升飞机气动性能。
当然,到目前为止,飞机和发动机等离子体流动控制还是处于实验室阶段,离实际使用还有距离,不过,我们有理由相信,我国一定会在该领域取得更大的突破。
相比传统的航空发动机技术,在等离子体流动控制领域我国与世界航空强国几乎同时起步,不存在任何差距,而且我们还有领跑的优势。