要理解中国发动机的现状,需要先回顾第一款至今仍广泛使用的国产型号——WS-10。
该型号研制始于1987年,据信参考了中国此前接触过的商用客机涡扇发动机CFM56。即便有此基础,仍需要大量重新设计,并在上世纪九十年代得到了俄罗斯的技术输入,之后又用了整个二十一世纪的第一个十年,才把量产品质提升到合格水平。
即便如此,问题也未完全解决。
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2009年,一家中国飞机制造商曾表示发动机质量仍不够好。到了2014年,中方有关人员还提到,发动机平均大修间隔仅为300小时,全寿命只有1500小时。
作为对比,上世纪八十年代末装备苏系侧卫的俄制AL-31、乃至上世纪六十年代为F-111研制的美国第一代涡扇TF30,其大修周期都要更为出色。
也正因为这样的差距,早些年歼-20装备俄制AL-31F或国产WS-10B时,推力被卡在13.5吨左右,寿命也只有1500小时上下,一度被外界调侃"百小时报废"。所有发动机的性能大致可分为三类。
第一类最直观,即原始性能,通常归纳为推重比以及最高温度和压力阈值,这些指标决定了是否具备超音速巡航能力。第二类是燃油消耗,这一点即便对军方而言也愈发重要,因为它直接决定了作战航程。
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第三类则是发动机寿命与维护间隔。没有人愿意每飞一百次任务就把发动机拆下来大修一次。
因此,美国和英国的发动机厂商及使用方,往往愿意在新型号上接受推力的相对克制,以换取更低的油耗和更宽松的维护周期。
目前尚无中国发动机寿命的公开当代数据,但推测其发展轨迹可能与俄制发动机相仿,两次大修的间隔或许已接近1000小时。
考虑到中方投入更大,也不排除进展更快、目前已经与俄制发动机整体相当的可能。不过,美制发动机耐久性更强,其设计从一开始就偏重重量与寿命。
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美方厂商以循环次数而非小时为计量单位,因此两者难以直接比较,不过美国空军通常以1小时约等于二至三个循环来估算。
在早期版本经历一定磨合问题之后,美国发动机现今已经达到可使用二十年、甚至可能三十年的水平。
俄罗斯的路径则完全是另一种风格,苏-57所配套的AL-41F1加力推力约18吨,推重比冲上10以上,瞬间爆发力相当凶悍,但代价是寿命明显偏短,早期型号仅在3400小时上下,即便改进后的"产品30"也不过勉强摸到4000小时,还不到美国同级产品的六成。
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这种取舍带着浓厚的苏系烙印——战场上飞机未必能撑过多少个架次,发动机够猛就行,做得太耐用反而是浪费;零件磨损了直接更换,维修简单便宜,恰好契合高强度短周期消耗的作战思路。
对照之下,美制发动机走的是另一个极端:推力做到接近25吨的量级,但更强调全寿命内的稳定性、低油耗和长维护间隔。
这也是为什么在同一代产品上,美俄两家给出的账面数据可以差得很远,却又各自成立——它们服务于两种截然不同的空军哲学。
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回到中国,WS-20被认为不适合C919客机,因而中方转而选择更先进的CJ-1000。它的目标是对标LEAP——目前最先进的商用涡扇之一。
中国航空公司自2023年起运营一种据称经过降级处理的LEAP改型,CJ-1000的涡轮与压气机布局与LEAP十分接近,就纸面参数而言,比CFM56乃至尚未投入使用的俄制PD-14都更为先进。虽然具体性能指标尚未公开,但商业运营的要求决定了它必须能与LEAP C竞争。
如果目标只是拿出一款可用的国产发动机,那么WS-20本可担此重任,但CFM56级别的技术对新造客机而言早已不具竞争力。CJ-1000的研制已持续将近二十年,看起来仍将再花几年才能完成,过程绝不平坦。
所幸军用发动机研发投入的巨额资金,很可能也在客观上推动了CJ-1000的进展。
即便CJ-1000最终真能达到LEAP-1C的水准,那也是晚了整整十年,而更好的LEAP-1A不仅性能更强,问世也更早。
话虽如此,能够将差距缩小到距顶尖客机发动机大约二十年,对中国喷气发动机行业而言已属不易,同时也可以作为衡量中国军用发动机与世界最先进型号差距的一个参照。
上世纪六十年代,二十年的技术差距是巨大的,因为喷气发动机当时尚在起步阶段。
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到了上世纪八十年代,这一差距依然显著。而到了二十一世纪初,同等大小的差距就不再具有决定性意义。
放到今天,虽然它确实使中国军用航空处于劣势,但大致相当于美国F-22刚服役、F-35发动机尚在研制时的水平,而美军大多数战斗机使用的仍是更老的发动机。真正让局面出现质变的,是这几年横空出世的涡扇-15。
它把加力推力一举推到18.5吨级别,推重比突破10,寿命较此前翻了一番,达到3000小时以上,实验室阶段的目标更是瞄准5000小时。
这意味着中国终于在最核心的战斗机动力上,跨到了与AL-41F1同一量级的门槛,虽然距离美制F119那种25吨级顶配依旧有距离,但性质已经不同于过去的追赶。
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中国在其他涡轮发动机领域也还有短板亟待补齐,有观点认为,2010年之前直升机产量有限、海军造舰扩张推迟,部分原因就在于发动机技术不足,其中包括直升机涡轴、中型运输机和特种任务飞机涡桨,以及驱逐舰用燃气轮机。
而今天,中国已经拥有涵盖各类需求的全谱系发动机项目。
历经数十年,中国如今在喷气发动机领域已基本实现自给自足,并具备了较为可观的涡扇技术能力。
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它仍未追上美国,但由于俄罗斯在上世纪九十年代和二十一世纪初因资金短缺而流失了数十年时间,如今在美国之外,或许只有英国的罗尔斯·罗伊斯,其涡扇技术还略胜中国一筹。
综合来看,美国以约25吨的顶级推力、超长寿命与低油耗,稳坐"老大哥"位置,胜在均衡而耐久;俄罗斯以18吨级AL-41F1追求瞬间爆发和维修便利,胜在凶猛而不讲究长寿。
中国则走的是另一条路——既怕核心技术被卡脖子,又要兼顾成本、寿命与性能的平衡,一步一脚印往前挪。
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从WS-10当年被嘲"百小时报废",到涡扇-15把加力推力顶到18.5吨、寿命翻番,再到CJ-1000瞄准民航顶级涡扇,脉络已经清晰。
差距仍在,但从"笑柄"到能与俄制同台、向美制看齐,中国航发用几十年换来的这一步,含金量不容小觑,接下来能否缩短最后那段路,才是真正值得盯着的看点。
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