惊喜第三弹:WS-15公布? 推力18.5吨三元矢量:J-20机动性完胜F-22?

3月27日出了个大新闻，微博十大新锐军事大V“雅痞邓棋元”发布一条令人震惊的博文：

“涡扇-15”发动机性能公开，“轰-20”真实存在，“涡扇-15/20”两个型号共同总设计师获得“年度军工风云人物”称号！
“涡扇-15”发动机的最大推力达到了18.5吨，采用了先进的双余度全权限数字电子控制系统以及三元矢量尾喷管，具备了先进的故障隔离功能。“歼-20”配备该发动机后，机动性将显著提高，超音速巡航速度将保持在1.8马赫左右，最高速度则将超过2.2马赫。

又是一个好消息，运-20B换装WS-20，CJ-1000A已经装机测试，现在又传出WS-15的推力数据，真是惊喜三连，而这次公布的信息尤其“超高密度”：

• WS-15公开；
• 推力18.5吨；
• 三元矢量喷管；
• 轰-20存在；

无论是哪条新闻都是相当重磅，这事儿到底是不是真的？J-20换装WS-15后机动性究竟如何？轰-20真可能会用上WS-20？下文来做个简单的分析

WS-15公布！推力18.5吨、三元矢量喷管，是真的？

各位看到这些数据时应该都惊呆了，实在是太亮眼！但作为军迷的笔者居然一点都不知道近期有如此劲爆的新闻，因此第一时间就找了搜索引擎，希望能找到是哪家官媒发表的新闻，果然还是找到了出处：

这篇微博的链接指向到了一个ID为“国科环宇”的公众号，这篇公众号文章中找到了该描述的全文：

这个榜单包括了各行业的领军人物以及其所作出的贡献内容描述，笔者对这个榜单并无疑问，但对于其所作贡献的内容描述实在有些疑问，按我国各行业评选的报道描述基本只指明方向以及工作内容大致描述，绝对不会如此详细，甚至重大突破的描述也同样晦涩难懂，需要专业人士解读才可以，这就是所谓“八股文”的来历。

官八股

因此笔者更愿意相信榜单上的名单，特别是第三段还有传闻等描述，因此笔者认为这个内容是无法作为佐证来源的，至少不能认为是官泄，各位是不是有点失望？其实也不用，因为最近还真有个官泄，3月27日，微博军事大佬“飞扬军事铁背心”发表了一篇博文，大意说的是中国航空发动机集团公司(AECC)的一位官员在回答关于发动机生产供应链的问题时表示：

WS-10太行和WS-15的“量产”“已经实现”。

这是关于WS-15量产的信息，而且还有视频为证！这个描述虽然没有具体参数，但量产这个消息可谓是相当重磅，因为这台发动机已经经过艰难的研发与地狱般的测试阶段，终于走到了量产阶段，未来大规模装机也就是指日可待了。

WS-15：为何那么重要？

我国战斗机中推力发动机为WS-13，推力为8.6吨级，目前已经装机于单座的JF-17（枭龙）以及改进版暂用于双座版J-35（舰载机），未来装机的版本将是WS-19，另外还有WS-10大推力发动机，推力为13.2吨级，改进型已经用于J-10、J-11和J-15和J-16等，另外还有改型用于J-20。WS15则属于18吨级的发动机，这才是未来J-20真正需要的发动机。

很多媒体都是这样写的，但这样描述比较乱，也不容易理解，笔者给这些发动机归个类，会更容易理解这些发动机的使用和定位：

1、小涵道比中推力：WS-13（8吨级）、WS-19（11吨级）

2、小涵道比大推力：WS-10（13吨级）、WS-15（18吨级）

3、大涵道比大推力：WS-18（12吨级）、WS-20（16吨级）、CJ-1000A（13吨级）

这个归类中是以涵道比和推力作为依据的，推力大小大家都可以理解，和汽车发动机差不多，马力大车就跑得快，但事实上与活塞发动机一样，适合跑高速和大载重的发动机设计是不一样的，而喷气式发动机则是以涵道比和推力两个参数作为最明显的区别。

涵道比也被称为旁通比，这是发动机中一个非常重要的指标，它能给发动机带来更大的推力，但也能阻碍发动机向更高速前进的阻力。其原理是这样的：

• 1、发动机的核心就是一台涡轮喷气发动机，也就是俗称的涡喷，排气速度和温度都很高，高速性能优良，但能量浪费严重；
• 2、为了能将这些能量利用起来，所以就将高压涡轮这边增加了级数，将能量传递到发动机前面的大风扇，这个风扇转动时有一大部分空气流量经过外面的通道直接排向发动机后方形成推力，额外的推力使得发动机推力上升了一个台阶；
• 3、这个风扇直径大，从外部通道流过的气流也多，推力也大，发动机省油、比较适合装载大型飞机上，比如客机等，适合低速飞行；风扇直径小的，适合装载战斗机上，适合高速飞行。
• 4、这个外部通道气流和内部“涡喷”发动机中流过的流量比例，就是传说中的涵道比，就是外涵道和内涵道的流量比。

大涵道比大推力发动机很难，小涵道比大推力发动机更难，WS-10的涵道比为0.78，而WS-15的涵道比网传已经低至0.25，比F119的0.3还要略低一些。要达到比WS-10的推力就会遭遇很大的难题：

• 1、小涵道比大推力，核心机必须要更高的流量；
• 2、核心机压缩比必须要更高；
• 3、空气升温更高，经过燃烧室后会导致涡轮前温度更高；
• 4、需要更高耐热温度的合金或者散热技术才能解决小涵道大流量核心机带来的问题

假设网传推力18.4~18.5吨为真，涵道比还只有WS-10的1/3，那么流量必须要大增，并且涡轮前温度至少也要提高到F119的1700℃左右，这对于WS-10的涡轮前温度只有1500℃左右直接上升到1700℃左右，这个跨度实在有点大哎。

我们知道，涡轮前温度对发动机性能影响极大，涡扇发动机涡轮前温度每提升100℃，该发动机的最大推力就可以提升近20%，简单计算下200℃就是40%，WS-15简直就太猛了，直接跨越式发展！不过这个并不是官泄数据，目前还当不得真。

J-20换装后性能如何？

WS-15是J-20的“原配”，目前J-20装备的还是WS-10C，最大推力已经达到了14.2吨以上，但比其WS-15的设计指标仍然有不少差距，目前WS-15已经量产，假如J-20换装推力为18.4~18.5吨的WS-15，性能到底会出现多大的变化？

假设是18.5吨推力，x 2就是37吨，按CSIS的评估，J-20的最大起飞重量在34~37吨之间，起飞推重比在1~1.1左右，随着燃料消耗，空战推重比甚至可达1.2~1.3甚至可以更高，这种状态下，换装发动机后飞机可能会有如下变化：

• 1、升级弹舱装载更多的弹药，或者内油满载，载弹量增加，内油航程增加；
• 2、保持目前的机型不变，获得更高的速度、更高的机动性；

日前F-35有升级弹舱，将4枚中距弹的挂载方案升级为6枚，以应对中距弹近距格斗的消耗，这对于难以机动性能取胜的F-35不失为一个好办法，而目前的J-20公开挂载也只有4枚中距弹+2枚格斗弹，还是偏少了点，如果按央视公开过的CG图升级为6枚更好。

另一个则是换发后性能增加，据公众号“国科环宇”的文章，其超音速巡航速度将保持在1.8马赫左右，最高速度则将超过2.2马赫，不过笔者认为，这个速度可以更高，比如F-22的展弦比为2.3左右，F119发动机的涵道比在0.2~0.3左右，推力在17.3吨左右，公开的最高速度为2.25马赫左右。

而J-20的展弦比只有2.2，WS-15的涵道比为0.25，推力则达到了18.5吨，这个速度还比F-22低？要WS-15真是这个数据，笔者认为J-20的最高速度超过2.5马赫也是有可能的，毕竟J-20的机型本来就适合高速。

机动性能增加多少？

从此前满载起飞时推重比略低于1，但到空战距离时推重比很可能已经达到1.2以上，如果油料消耗过半，那么推重比可达1.2~1.3左右，换发后半油的推重比则可达1.3~1.4左右，推重比大，配合飞火推一体机动性能肯定会更好。

但机动性增加幅度最大的无疑是三元矢量喷管，这对战斗机的机动帮助是数量级上升的！这在格斗中掌握主动权的帮助是极大的，那么问题来了，J-20真的很需要矢量喷管的发动机吗？

答案是未必！机动性再高也无法躲避高G机动的导弹，这一点相信大家都没有疑问；但机动性还有另一层作用是在近距离格斗中将机头快速指向对方，以求占据位置又是发射机炮或者近距格斗，不过目前已经有两个优势可以抵消掉战斗机的机动优势：

• 1、红外格斗弹大角度离轴发射；
• 2、中距弹近距格斗，引导数据来源可以是光学、红外与雷达等；
• 3、进入机炮缠斗的机会将越来越少；

比如PL-10和AIM-9X的离轴发射角都可以达到±90°，也就是说只要在前半球、并且在导引头的锁定范围内，导弹都是可以发射的，这对战斗机的机动性要求立马就降低了，而且目前各国都在突破越肩发射的能力，以战斗机后半球的传感器提供中途导引数据，发射后越肩攻击后方目标。

比如F-35和J-20的EOTS和EODAS就能辅助实现这种功能，并且这个数据还能为雷达制导的中距弹的惯性导航注入数据，以便其发射后进行中途制导，然后在雷达锁定范围再切换为主动雷达锁定，而且中距弹在近距发射时整个攻击过程都是有强劲动力的，被锁定战斗机很难凭机动脱离锁定。

所以战斗机的机动性要求没有像三代机要求那么变态，而电子战性能与战场感知能力等已经成为五代机的硬性指标，与机动性相比，这些要求或更迫切，因此矢量发动机对五代机来说有些鸡肋。

但矢量推进的发动机对于无尾布局的六代机意义却非常大，因为这类飞行器目前流行的气动布局是无尾，矢量发动机可以提供额外的偏航控制力矩，所以并不是说矢量发动机没用，而是在每一代机型中都有它最迫切需要的技术。

最后必须要提醒一下，WS-15的三元矢量喷管仅仅是网传，各位不必当真，本文仅做讨论。

H-20，真会装上WS-20？

关于这个说法也是2020年度军工人物的介绍中爆出的，WS-20目前已经装备到了Y-20B上，这表示WS-20已经成熟，H-20使用并没有问题，但有一个问题不得不澄清一下，轰炸机使用WS-20可能并不合适！

B-2使用的发动机是F118-GE-100无加力的涡扇发动机，这是通用电气的F110发动机的无加力版本，F110发动机及变体适装机型包括F-14、F-15和F-16，简单的说就是战斗机发动机去掉了加力燃烧室。

原因是轰炸机对机动性还是有一些要求，比运输机和客机要高多了，另外大涵道比的推力主要来自外部的大风扇，考虑节油性以及经济性，这导致其直径很大，比如WS-20的风扇直径就达到了2.3米左右，如果加上外壳与包袱部分，其尺寸将在3米左右，这对于轰炸机来说是不可想象的，完全不允许那么大直径的发动机。

另外如B-21用的也可能是普惠的F119或F135涡轮风扇发动机的无加力版本，因此笔者认为WS-20上H-20的可能性极低。