WS-15，中国航空发动机的巅峰之作，性能如你所愿

说起航空发动机的发展，中美曾经最大的差距，是在研发模式上。
我国航空发动机的研制，是先飞机后发动机，发动机的研制往往是在飞机研制型号确定后才开始的；而美国是先发动机后飞机，当研制飞机时，早已有了可以选择的发动机。
可以说，美国的研制模式是符合航空发动机的研制规律的，这是因为航空发动机的研制技术难度要比飞机高得多，研制的时间周期也比飞机长很多。
两种不同的研发模式，产生的后果是截然不同的。我国往往因为飞机型号的下马，发动机便陷入绝境，最终夭折；相比之下，美国模式要好得多，即使某一两种飞机型号下马，也不能停止发动机的研制投入，日积月累，自然成为发动机强国。

好在我国有关部门认识到了这一重要性，从原先把航空发动机当作飞机的一个重要附属部件进行研制，提高到航空发动机的重要性与飞机并驾齐驱、甚至还要高出一筹。为此，航空发动机部门已从航空部门独立出来，并专门成立“航空发动机与燃气轮机”重大专项，拨巨款进行研究。所以，我们有理由更乐观地看待我国航空发动机的未来发展。
言归正传，话题回到本文的重点——WS-15发动机。

大家知道，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，并不适合作制空战斗机。
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100°K，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，更多的运用到了成熟的粉末涡轮盘和单晶叶片技术。尤其是6.5万吨级的模段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。
我国未来的航空发动机，值得期待！