歼20换装新航发，中国在战机航发领域取得突破，缩小与美俄差距

原创2021-09-29 13:45·军武次面

【军武次位面】作者：乐乐

9月28日，就在珠海航展的第一天，中国航空工业抛出了一个相当震撼的消息，即国产歼-20隐身战斗机已经换装国产新型发动机。就目前来看，这款新型国产发动机，应该是涡扇-10的最新改进型号，作为中国航空工业一直以来的心病，高性能航空发动机一直是难以解决的顽疾。如今歼-20在动力系统上更进一步，显然是一个非常值得开心的消息。因此，对于这款新型发动机对中国航空工业究竟有怎样的意义，无疑是一个非常值得探讨的问题。

▲官方公布的歼-20换发动机消息

国产涡扇-10发动机，是国内在上世纪90年代初与歼-10配套的发动机项目，其核心机来源于从美国获得的CFM56民用发动机的核心机，这也是美国B-1B战略轰炸机F-101发动机的核心机，在当时是当之无愧的先进型号。然而，国内当时的发动机基础相当薄弱，即使等到歼-10A在2006年正式投产，涡扇-10也没有达到可用状态，这直接导致国内被迫先后从俄罗斯购进了数百台AL-31F发动机，并广泛装备在歼-10、歼-11、歼-15，甚至最早期的歼-20隐身战斗机上。在这之后，涡扇-10的性能才不断完善，先后推出涡扇-10A、涡扇-10B两款改进型号，可靠性与推力均有不小提升，尤其是涡扇-10B，已经开始应用于最新歼-10C单发战斗机的生产，这无疑是对一款发动机可靠性的最好肯定。

▲歼-10B也没有用上涡扇-10

而对于此次航展上现身的涡扇-10最新改进型号，舆论普遍认为其应该是运用了目前正在发展的涡扇-15发动机的部分先进技术，这样既有利于提高涡扇-10的性能，也有利于降低涡扇-15的技术风险，属于一举两得。虽然目前国内并未公开具体性能，但从常理来说，应该已经达到了美国F-100、俄罗斯AL-31系列发动机后期改进型号的水平，如果乐观一点，甚至可以说此次涡扇-10改进型号的现身，其实是预示着涡扇-15的出现。然而，这真的能够解决中国航空机工业在发动机领域的心病吗？

▲俄罗斯苏-35战斗机的发动机仍然是AL-31F的底子

谈及中国航空工业航空发动机领域的缺陷，比较容易提及的两个原因就是，没有优秀的核心机和没有可靠的高性能材料。其中核心机是现代先进航空动力的基础，转子涡轮发动机的核心机是由高压压气机、燃烧室和高压涡轮组成的燃气发生器，用来满足发动机最根本的工作循环要求。以这三者为基础，增加压气机、风扇、低压涡轮和喷管等部件，可以构成涡喷、涡扇发动机。在核心机基础上，应用自由涡轮等技术，也可以构成涡轴或涡桨发动机。甚至在适当改进之后，还可以设计出地面用、船用燃气轮机。因此，一款优秀核心机的重要性是不言而喻的。但核心机同时也只能提供发动机型号的良好基础，风扇、外涵道和喷管系统的技术水平，材料和整体工艺性能，都对最终产品都有着决定性的影响。能否将这些子系统组织起来，形成一个有机运转的整体，才是对一个国家航空工业真正的考验，而在这一部分中，最容易提及的又是高性能材料。

▲没想到驱逐舰燃气轮机能和战斗机发动机有瓜葛吧

确实，航空发动机对于高性能，尤其是耐高温材料的要求极为苛刻。举个例子，现代航空发动机钛合金叶片摩擦或高温形成的钛火温度极高，往往瞬间能达到2000摄氏度。而普通钛合金在400摄氏度下就会失去性能，如何在如此高的温度下（短时间）保证材料性能，这是世界各国都面临的难题。然而，这并不意味着有了优秀的耐高温材料就能解决所有问题。当年美国为F-15重型战斗机配备的F-100发动机，是全球第一款推重比超过8的高性能发动机，但其本身核心设计理念却相对保守，之所以能够将推动比推到8以上，是因为应用了超过25%的高性能钛合金材料。但F-100在服役之后，却出现了可靠性极差，使得F-15多次大面积停飞的窘态。在美国空军随后对1972年到1979年生产的1100台发动机故障原因进行统计后，发现喘振和悬挂失速占全部故障的55%以上。再追根溯源，发现问题恰恰是出在大规模应用的钛合金上，这些优秀的耐高温合金，由于并没有适应第三代战斗机的使用理念，在测试时仍然以二代机观念为参照，最终导致其性能频频故障。随后，美国空军针对性地进行修改，在1980年之后才终于完善了F-100发动机，这也才有最后美国F-15飞遍全球的情况。

▲完善发动机性能的F-15才是真正的F-15

因此，高性能航空发动机从来就不是核心机或材料某一个领域的问题，所有的子系统都必须达到相应高度，同时又能互相配合，才能诞生一款真正的高性能发动机。而想达到这个高度，以目前人类的科技水平来看，只有一个办法，那就是烧钱，很多很多钱。美国F-22战斗机的F-119发动机和F-35战斗机的F-135发动机，是目前全球公认性能最强悍的两款航空发动机。然而，在这辉煌的背后，是美国自冷战开始之后持续几十年，年年以百亿美元为单位的疯狂烧钱，同时又有波音系列客机每年几千亿美元的市场作为基础，为航空发动机的应用和发展提供各种养分，这才是美国航空工业就像摘大白菜一样，拿出F-119和F-135的根本原因。

▲F-119发动机确实强悍得发指

换句话说，在航空发动机领域，如果没有把金子当沙子看，把金山向炼钢炉里扔的豪气，就不要有挑战航空发动机最高峰的野心，因为那根本不可能。在苏联时代，其为苏-27和米格-29准备的AL-31和RD-33两款发动机，虽然在可靠性及使用寿命明显不及美国相应装备，但整体性能已经能够满足苏联需求。然而，苏联解体之后，俄罗斯航空工业已经没有烧钱的能力，虽然凭借苏-30系列战斗机的出口，获得了不少资源用于航空发动机领域，为苏-57准备的产品30发动机，其设计理念也基本达到了与美国F-119并列的高度，堪称是苏-57整体设计的最大亮点。然而，再优秀的设计也需要消耗大量的资源变成实体，已经付不起如此沉重代价的俄罗斯航空工业，被迫像中国一样，用117这种本质上是AL-31F的改进型号过渡。最可怕的是，过渡这么多年，也没见产品30有大的发展。反倒是中国航空工业在涡扇-10的基础上，一步一步改进，速度越来越快，与俄罗斯的差距越来越小，最终催生涡扇-15的概率也越来越大。

▲F-135更是强得离谱

换句话说，中国航空工业目前已经有较大把握，在近年推出涡扇-15，而俄罗斯航空工业将产品-30规模应用的概率真的不高。但即使涡扇-15诞生，也并不代表中国航空工业彻底解决了自身的问题，如何将这种用金山堆出来的先进航空发动机的核心机，大范围应用到其他领域，达到能像美国航空工业那样，在研发新一代战斗机时，是一款战斗机挑选数款发动机，而不是多款战机被迫使用一款发动机，这才是中国航空工业真正解决发动机问题的标志。从这一点上来说，无论是新出现的涡扇-10改进型号，还是日后的涡扇-15,都只是一个阶段性的成就，是新的起点，而不是终点。