最近,央视《军情时间到》栏目放出一组震撼画面,曝光了装配在运-20B改进型战略运输机上的国产涡扇-20发动机的特写镜头。这一组照片一出,就吸引了许多国内外军事迷的眼球:有人盯着涡扇-20那比俄制D-30KP-2和国产涡扇-18都要大的短舱,给它起了个亲切的外号——“大酒桶”。
换装了国产涡扇-20发动机的运-20B战略运输机,气势那叫一个庞大,好像随时可以冲出去的铁甲巨兽。要说自主研发大推力航空发动机的重要性,那真是不言而喻,没有一台完全自己搞定的“心脏”,国产的大飞机怎么能走得更远、更精彩。
一些国外的军事专家们专注于涡扇-20的风扇叶片,觉得这个关键零件的技术趋势,会直接影响涡扇-20未来的成长潜力。
我国自主研制的涡扇-20发动机,是在涡扇-10“太行”发动机核心机的基础上,发展出的一款高涵道比无加力燃烧室的全新涡扇发动机。它的技术根基非常明确,依托涡扇-10“小涵道比”军用大推力发动机的核心机进行升级。目前关于涡扇-20的推力,行业内流传着三种说法,分别是14.06吨(31000磅)、15吨(33000磅)和16吨(35000磅)。
从解放军对大型运输机的需求来看,发动机的推力越大当然越好,但结合我国目前的航空发动机技术水平,16吨的说法明显超出了现有能力,所以第一时间被剔除掉了。剩下的14.06吨和15吨这两种更贴合实际的研发情况,可信度也更高一些。
核心机的重要性摆在那里,直接影响到航空发动机的整体表现。每一次关键性能的突破,都离不开核心机的提升。利用成熟、性能优越的核心机进行研发,不仅能快速度搞出覆盖不同推力档次的系列产品,降低技术难题和制造成本,又能缩短整个研发周期,节省不少时间。
依靠核心机来开发各种型号的发动机,并不是空穴来风。美国的通用电气、普惠,英国的罗尔斯·罗伊斯,这些航发巨头都是走的这条技术路线,推出了多款在全球享有盛名的发动机。涡扇-20也是沿着这条成熟的路径走的,也从一个侧面体现出咱们国家在航发研发中,既理性又务实。
比如说,美国向中国出口的C919干线客机用的LEAP-1C航空发动机,算得上是目前全球最先进的中等推力、大涵道比的涡轮风扇发动机之一。这款发动机是由CFM国际公司制造的,而这个公司其实是由美国的通用电气和法国的赛峰集团合资成立的。
LEAP-X的前身可是著名的CFM56,而它的老爸则是美国制造的F-101军用涡扇发动机,这款军用发动机经过改型,被广泛装备在B-1BB-2轰炸机以及F-16战斗机上,发挥着关键动力作用。目前,LEAP-X系列涡扇发动机的订单已经超过一万台,总值高达1400亿美元,CFM公司得拼命赶工,才能保证年产能达到1600台。实际上,美国就是靠数十万台先进的航空发动机,打造了一个庞大的航空发动机帝国。现在,中国也步入了航空发动机强国的行列。
今年“9.3”阅兵式上展现风采的运-20B运输机,得益于4台涡扇-20发动机的加持,不仅油耗低,航程广,载重大,还具备空运、空投、空降和空中加油的能力。此外,它在高原和高温地区的飞行表现特别出色,适应复杂战场环境能力也很强。换装了涡扇-20发动机后,运-20B在油耗、航程和载荷方面提升明显,同时适应自然环境的能力也大大增强,意味着它不再受限于特定地理条件,能在更复杂的场景中完成任务,完全满足解放军的战略投送需求。
根据官方的特写照片,外界也挖掘出不少细节。涡扇-20配备了32片风扇叶片,风扇直径大约1.8米,短舱宽度达到2.3米,这比美法CFM国际公司的CFM56-5A(2.1米)宽一些,也比CFM56-2C(2.4米)要略窄。之所以用CFM56系列作对比,主要是因为国外观察人士发现,涡扇-20的风扇叶片设计,与CFM56-5的36片叶片非常相似,都是带有凸肩的那种类型。
带凸肩的叶片主要有两个核心作用:一是帮助减少叶片的振动,起到减振的效果;二是提升抗外物冲击的能力,比如应对飞鸟撞击这种突发情况。不过,这样的设计也有明显的缺点,凸肩会增加叶片的加工难度,还额外增重,导致叶根承受的应力变大,加上凸肩与叶身接缝部分会产生额外的弯矩,让局部的应力变得更复杂。不过,CFM56-5在研发过程中,不仅考虑了强度和振动的解决,还利用先进的三元流气动设计优化了空气动力性能,同时提升了抵抗外物打击的能力,这给涡扇-20提供了不少值得借鉴的技术思路。
虽然在国际上带减振凸肩的风扇叶片已经不再算是最先进的设计,不过对咱们国家来说,这个方案目前是最稳妥、最合适的选择。毕竟,CFM56-5的应用已经充分证明了这种设计的可靠性,没必要为了追求所谓的“先进”而冒技术风险。更先进的方案其实已经很明确,比如CFM56-7那样宽弦风扇叶片,减少到24片后,不仅性能和效率都能得到提升,还能降低油耗,改善喘振裕度,结构强度和加工难度也更具优势。令人欣慰的是,我国目前正加紧攻关宽弦风扇叶片这一核心技术,等时机成熟,国产高涵道比涡扇发动机在叶片技术方面的短板,终究会迎刃而解。
看着涡扇-20发动机依然采用窄弦带凸肩的叶片方案,不少军迷难免会觉得有点失望,但要说实在话,在军用高涵道比涡扇发动机这个领域,我国根本没有外借的技术资源,所有的突破只能靠自己一步步走出来,这种情况真的是前所未有的艰难。
从无到有研发出涡扇-20发动机,成功让运-20运输机不再依赖进口的D30发动机,这本身就算是一次重大飞跃。涡扇-20除了提升运-20B的战略投送能力,更是代表着我国航发制造业在核心技术上迈出了关键的一步。
未来,随着宽弦风扇叶片等技术的不断突破,我国的涡扇-20发动机还能持续改进,甚至会衍生出更多系列的产品,为我国未来的大型客机、预警机等平台提供强有力的动力支持。眼下的“不够完美”,只是我国航发事业发展中的一个阶段性节点,每一次的进步,都在为“中国心”的变得更加强大积蓄能量。
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