运-20终于换装新发动机！“大涵道比”发动机有多厉害？丨杨叔洞察

　　来源：军武速递官方

　注：本篇文章的视频版，已发布在《杨叔洞察》B站号

　　今天，咱们聊聊航空发动机。运20换装新型发动机的照片曝光，从网上的照片来看：运20这次换装的涡扇20，外形上一个最大的变化就是比之前的粗了。

　　如果用专业术语形容应该叫涵道比。下面先给大家简单科普一下航空发动机的基本知识。从原理上讲，它的核心部分只有三块：压气机、燃烧室和涡轮。工作的时候，用电动机带动主轴旋转，多级串联的进气叶片将空气吸入压缩，然后被压热的空气再进入燃烧室与喷出的燃料混合燃烧，膨胀后喷出，由此产生推力。由这最简单三部分构成的就叫涡喷发动机，而压气机、燃烧室和涡轮就是核心机，我们常说的航空发动机的核心技术主要就是在这个核心机里面。

　　早期的喷气式战斗用的都是涡喷发动机，像咱们的歼6、强5用的涡喷6造了好几千台。但是涡喷发动机它有一个毛病：油耗太大了。你想啊，它喷出的尾气温度还是很高的，这就有很大一部分能量被浪费掉了。所以为了更进一步利用这部分能量，工程师就在涡喷发动机后面加个涡轮，用废气驱动涡轮，再通过一根传动轴带动前面的风扇，这个呢，就叫涡扇发动机，其实这就和咱们汽车用的涡轮增压很像啦。

　　这涡扇发动机，吸入的空气在内部形成了两个通道：一部分是通过燃烧室喷出去，另一部分只通过前面的风扇，从外面这一层的通道流过，然后和燃烧室出来的高温气体混合一块喷出去。这里有个专业名词叫涵道比，就是外涵道空气流量比上内涵道空气流量。按照涵道比的大小，涡扇发动机分为小涵道涡扇和大涵道涡扇，从外观来看就是一个粗一个细。

　　你的涵道比越大，说明这个发动机推力越大，越省油。那现在的战斗机、运输机、民航客机都是用的涡扇发动机。战斗机因为要追求速度，用的是小涵道涡扇，而像运输机、客机这样对飞行速度要求不高的大飞机，从经济角度考虑都用更加省油的大涵道涡扇，而这次运20换装的涡扇20，就是一种大涵道涡扇发动机。

　　运20之前用的是俄罗斯的D-30KP2发动机，这是苏联60年代研制的大涵道涡扇发动机，主要给伊尔76用，性能放到现在已经明显落后了。D30KP2的单台最大推力只有122KN，相比之下美国C17的PW2040发动机推力是178KN，单台差了56KN，运20和C17都是装四台，总共就差了224KN，也就是说现在运20的总推力只有C17的68%。

　　另外，你如果把运20和日本的C2放在一起对比，就能非常明显的看出发动机的差距，明显不是一个级别，咱们四台的总推力还不如人家两台。所以发动机推力不足也就成了目前制约运20性能的最大瓶颈，运20设计最大载重有66吨，但目前只有55吨。

　　而这次亮相的涡扇20是咱们为运20标配的大涵道涡扇发动机，因为当初的研制进度赶不上飞机，所以运20就先用俄罗斯的发动机应急。根据目前传出的数据：涡扇20的最大推力在166KN到183KN之间，如果运20换装4台涡扇20，它的总推力至少将会比现在提高30%到40%，这个幅度是相当大的，运20的性能肯定有重大提升。

　　而且涡扇20这个型号出来，它的意义不光局限在运20上，更重要的是补齐了咱们国家大涵道涡扇发动机的空白。注意：不是短板，是空白。因为大涵道涡扇发动机咱们之前真的一款都没有，小涵道发动机现在有涡扇10、涡扇13、之后还有涡扇15、涡扇19，但大涵道涡扇发动机，咱们之前只有仿制俄罗斯D-30KP2的经验。现在有了涡扇20，不光可以给运20的升级，而且有了这方面的技术，也将打通咱们另一款民航用的大涵道涡扇发动机——长江1000。

　　▲CJ-1000发动机

　　这款发动机本来是C919的标配，但由于研制落后，现在C919用的还是美国通用的LEAP-1C，所以如果今后有了国产的大涵道涡扇发动机，无论是军用还是民用，都将补齐咱们大飞机工业的重大短板。比如咱们很多网友梦寐以求的的，在运20之后，咱们会不会研制对标美国C5的300吨级战略运输机啊？那有了发动机，这些都不是问题。

　　咱们解决了大涵道涡扇，除了对于大飞机很重要，对于另一块领域也是意义非凡的。涡扇发动机的原理就是用核心机驱动风扇，利用风扇吹气省油增推。

　　有了这个核心机，它可不光可以用来驱动风扇，只要加上其他动力输出部分就能发展出不同类型的发动机。如果利用涡轮驱动传动轴带动旋翼，就是直升机用的涡轴发动机；如果驱动桨叶，那就是螺旋桨飞机用的涡浆发动机；如果驱动的是坦克或者军舰，那就是燃气轮机啦，美国的M1坦克，它用的就是燃气轮机，每次启动就有类似飞机发动机的轰鸣声。这就是涡轮发动机的好处：只要你解决了核心机，稍加改进，就能搞出各种用途的发动机：小涵道涡扇、大涵道涡扇、涡轴、涡桨、燃气轮机。这种在核心机的基础上派生发展的做法，风险小、零件通用性高、可以降低研制难度、经济性和可维护性都非常好。

　　这方面做的最好的就是美国啦，作为目前发动机领域毫无争议的霸主，美国非常高明的一点就是发动机提前预研。早在60年代，美国的航空界就意识到：发动机的研制时间可比战斗机长多啦，飞机你搞起来容易，但一款优秀发动机必须做大量的基础研究，材料、工艺、结构设计，叫“一代材料、一代发动机、一代战机”。如果要实现战机与发动机同步配套，就必须提前着手研究发动机。所以从60年代开始，美国那几家航空发动机公司就开始了高性能核心机的研制，最终通用公司拿出了一代神器“GE9”核心机。

　　可以说美国目前几乎所有主力战机的发动机都是用的这个核心机。最早B1b轰炸机的F101发动机，就是在GE9的基础上加了2级风扇、2级低压涡轮和加力燃烧室；后来又在这个核心机的基础上改进，搞出了F404发动机。F117用的是不带加力燃烧版的F404；后来的FA-18“大黄蜂”用的是改进版F404-400型发动机。之后，F-15、F16用的F110发动机也是在F101核心机的基础上缩小了涵道比、增加了3级风扇。

　　这里顺便补充一个知识点：美国在发展三代机的时候有个著名的发动机大战。一开始F-15用的普惠的F100发动机，但这个发动机最初的可靠性很糟糕。美国空军强烈要求普惠能够解决这个问题，结果普惠仗着自己的垄断地位，竟然想店大欺客，说白了就是钱不给够，我就一直拖着。没办法，美国空军只能扶持另一家发动机巨头通用动力，结果通用很快就在F101核心机的基础上拿出了性能超群的F110发动机。那有了竞争对手，普惠立马效率翻倍，很快就解决了之前的问题，所以美军的F15既有装F100的，也有装F110版的。而且通过这个事也确定了美国在发动机这样的高精尖领域采用竞争机制，以保证自身不断的技术创新，这点也是非常值得咱们学习的。

　　另外呢，不光是航空发动机，有了性能优异的核心机，你的舰用燃气轮机也解决了。比如迄今为止最成功的舰用燃气轮机——美国的LM2500，就是从C5运输机的TF-39涡扇发动机的核心机发展而来的，绰号流氓2500。目前几乎所有西方国家海军的水面舰艇动力，标配就是LM-2500。这种发动机咱们之前也买过，最早的2艘052：112哈尔滨舰、113青岛舰用的就是2台LM-2500。

　　所以如果咱们能通过涡扇20这个型号，拿出一款优秀的核心机，在此基础上就能发展出各种类型的发动机，甚至可以彻底解决咱们军舰、战机的心脏病问题。比如航母，目前航母的动力发展趋势，除了综合电力系统，另一项就是燃电动力，英国最新的伊丽莎白女王级航母就用了2台36兆瓦MT-30燃气轮机发电，再配合综合电力系统，整个舰体结构设计非常优秀。

　　它的舰体尺寸比山东舰小，但机库面积比咱们的更大。MT-30是目前世界上最先进的舰用燃气轮机，美国海军也确定把MT-30作为下一代驱逐舰的动力。福建舰虽然也采用综合电力系统，但它的原动力还是用的蒸汽轮机，因为咱们还拿不出对标MT-30的大功率舰用燃气轮机，只能用蒸汽轮机，这玩意说白了都是100年前的技术啦。

　　如果咱们有了像MT-30这样优秀的燃气轮机，未来所有的驱逐舰、护卫舰、两栖攻击舰都用燃电动力，甚至未来咱们的航母都可以走高低搭配的路子：高端的用核动力加综合电力加电磁弹射，低一档的常规动力用燃气轮机加综合电力加电弹。因为核动力贵嘛，你用燃电动力版的，就可以批量建造。