近期央视《军情时间到》栏目放出一组重磅画面,装备在运-20B改进型战略运输机上的国产涡扇-20发动机,迎来了特写镜头的首度公开。这组照片一亮相,就引发了国内外军事爱好者的关注:网友盯着涡扇-20比俄制D-30KP-2和国产涡扇-18更大的短舱,给涡扇-20起了“大酒桶”的亲切昵称。
换装了国产涡扇-20发动机的运-20B战略运输机,那澎湃气势,就像蓄势待发的钢铁巨兽。大推力航空发动机的独立自主很重要,如果没有一台完全自己搞出来的先进而澎湃的“心”,就不会有任何耀眼的国产大飞机的顺利发展。
国外一些军事专家则把目光锁定在涡扇-20的风扇叶片上,认为这个核心部件的技术走向,将决定涡扇-20未来的发展空间。
我国自主研发的涡扇-20发动机,是在涡扇-10“太行”发动机的核心机基础上,发展而来的一款高涵道比无加力燃烧室的新型涡扇发动机。涡扇-20的技术根基很清晰,依托涡扇-10“太行”小涵道道比军用大推力发动机的核心机发展而来。眼下关于涡扇-20的推力,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,发动机的推力自然是越大越好,但结合我国当前航空发动机的技术水平,16吨的说法显然超出了现有能力,率先被排除在外,前两种则更符合实际研发进度,可信度更高。
这里不得不提核心机的重要性,其技术水平直接决定了航空发动机的整体性能,任何一次发动机性能的重大突破,背后都离不开核心机的升级。而且依托成熟、高性能的核心机搞研发,能快速形成覆盖不同推力范围的系列化产品,既降低技术风险和研制成本,还能缩短周期。
依靠核心机发展多种型号发动机,并不是凭空想象。美国通用电气、普惠,英国罗罗等航发巨头,都是靠这条技术路径,推出了多款享誉全球的发动机产品。涡扇-20也选择这条成熟路径,体现了我国航发研发的理性与务实。
例如美国向中国出口用于C919干线客机的LEAP-1C航空发动机,是目前世界上最先进的中等推力大涵道比涡轮风扇发动机之一,由CFM国际发动机公司生产,这个公司是美国通用电气和法国赛峰集团的合资企业。
LEAP-X发动机的前身是著名的CFM56,而它的爸爸是美国的F-101军用涡扇发动机,这个军用机的各种改型广泛用于B-1B/B-2轰炸机和F-16等多种战斗机的动力。目前LEAP-X系列涡扇发动机的订单总数已经突破万台,总价值达到1400亿美元,CFM公司要加班加点才能年产1600台。实际上,美国就是数万台先进发动机造就的航空发动机帝国。现在,中国也迈入了航空发动机帝国的殿堂。
在今年“9.3”阅兵式上震撼亮相的运-20B运输机,得益于4台涡扇-20发动机的加持,不仅拥有低油耗、航程远、载重大等特征,且还具备空运、空投、空降和空中加油能力,此外该机高原、高温地区飞行性能卓越,复杂战场适应能力强。换装涡扇-20发动机的运-20B战略运输机,在油耗、航程、载荷等方面进步非凡,同时又增强了在恶劣自然环境下的适应性,这意味着运-20B不再受限于地理环境,能在更复杂的条件下完成任务,完全满足解放军的战略投送需求。
从根据官方特写照片,外界还扒出了不少细节。涡扇-20安装有32片风扇叶片,风扇直径则是1.8米,短舱宽度达到2.3米,比美法CFM国际公司的CFM56-5A(2.1米)宽一些,又比CFM56-2C(2.4米)稍窄。之所以拿CFM56系列作对比,是因为国外观察家发现,涡扇-20的风扇叶片设计,和CFM56-5的36片风扇叶片很像,都属于带凸肩的类型。
这种带凸肩的叶片有两个核心作用:一是减少叶片振动,起到减振效果;二是能增强抗外物撞击能力,比如应对飞鸟撞击这类突发情况。但它的缺点也很明显,凸肩会让叶片加工难度增加,还会额外增加叶片重量,导致叶根承受的应力变大,而且凸肩和叶身的衔接处会产生附加弯矩,让局部应力变得更复杂。不过,CFM56-5在研发时,除了兼顾强度和振动问题,还靠先进的三元流气动设计优化了气动性能,顺带提升了抗外物打击能力,这也给涡扇-20提供了可参考的技术思路。
虽然在国际上,带减振凸肩的风扇叶片已不算最先进的设计,但对我国来说,这是现阶段最稳妥、最合适的选择。毕竟CFM56-5的应用已经验证了这种设计的可靠性,我们没必要为了追求“先进”而冒技术风险。而更先进的方向其实已经明确,像CFM56-7那样的宽弦风扇叶片,把叶片数量缩减到24片,就能实现性能、效率双提升,还能降低耗油率、改善喘振裕度,加工难度和结构强度也更有优势。值得欣慰的是,我国目前正在加大对宽弦风扇叶片的攻关力度,假以时日,国产高涵道比涡扇发动机在叶片技术上的短板,迟早会被攻克。
看到涡扇-20发动机仍采用窄弦带凸肩的叶片设计时,不少军迷难免流露出失望情绪,但平心而论,在军用高涵道比涡扇发动机这个领域,我国没有任何外部技术可依赖,所有突破都只能靠自力更生,这种艰难是前所未有的。
从无到有造出涡扇-20发动机,让运-20运输机摆脱对进口D30发动机的依赖,本身就是一次巨大的跨越。涡扇-20发动机不仅让运-20B的战略投送能力再上一个台阶,更标志着我国航发产业在核心技术上迈出了关键一步。
未来,随着宽弦风扇叶片等技术的突破,我国的涡扇-20发动机还能不断地升级,甚至衍生出更多系列化产品,为我国后续的大型客机、预警机等平台提供动力支撑。现在的“不完美”,只是我国航发事业发展路上的一个阶段性节点,而每一次这样的进步,都在为“中国心”的强大积蓄力量。
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