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美国海军的最新一代舰载战斗机是F35隐身战斗机,其主要分项技术均为世界一流技术。然而因美国空军及其盟友过于苛刻的要求,F35小小的机体空间内硬是塞进了太多东西导致身材臃肿。受限于F35太过臃肿的身材,虽然其安装的F135发动机性能已经遥遥领先世界各国,但仍不足以让F35机动性足够好,以至于F35被网友称为“肥电”。
然而,对于发动机研制实力格外雄厚的美国来说,要提升F35的飞行性能并非难事。正所谓力大飞砖,只要发动机性能足够强,绑块砖头都能飞。最近,美国的航空发动机又有重大进展。
自2020年以来,美国更为先进的下一代发动机XA-100、XA-101相继开始测试。
据airforcemag网站10月1日报道,美国普惠公司军用航空发动机部门总裁马修·布罗姆伯格表示,普惠公司正在测试其最新的XA101自适应变循环发动机,并预计在明年年底完成对2台演示样机的测试。他预计,从该项目中研发的技术将有三分之二会应用在现有的发动机产品中。
早在8月26日,通用电气就在位于俄亥俄州埃文代尔的测试台里,成功对第二台XA-100自适应变循环发动机进行测试。
航空发动机研制周期一般分为核心机、验证机、原型机三阶段。这两款航发都已经达到原型机阶段,一旦通过所有考核即可大批量生产。可以说,这两款航发与今后的量产型号区别很小,已接近实用状态。
那么,美国的这两款自适应变循环发动机到底有多厉害呢?
按照普惠和GE的测试数据来看,这台发动机相比美国现役最先进航发F135在油耗、推力、散热能力等方面都有质的飞跃:
1、 减少25%的油耗!
2、增加10%的推力,最大推力高达200KN!
3、发动机散热能力增加60%!
这三方面的变化将给六代机带来什么样的性能提升呢?
1、同等飞行条件下,游荡时间增加50%。
2、同等飞行条件下,飞机航程增加35%。
3、飞机系统散热能力增加60%,为装备机载激光武器预留足够大的散热潜力。
4、战机起降性能进一步提升。
总结来说,安装这种航空发动机以后,六代机相比五代机(2008年后美国也将具备4S性能的隐身战机改称为五代机)将飞得更高、更快、更远,还更省油!
为什么自适应变循环发动机这么厉害呢?
这还要从它的工作原理说起。
涡喷发动机只有一个涵道;普通涡扇发动机也只有两个涵道,相当于在涡喷发动机的前面增加了风扇,并在风扇外面再外包一个涵道。
对于战机来说,理论上为了兼顾推力和油耗指标,亚音速飞行阶段适合采用大涵道比涡扇发动机,中低空超音速飞行阶段适合采用小涵道比涡扇发动机,而高空高速阶段则适合采用涡喷发动机,当速度高于2马赫时最好采用亚燃冲压发动机。然而,现实是,以往的战机根本不可能同时装备这么多种发动机,如今这个不可能的设想已经变得可行了!那就是“自适应变循环发动机”!
美国研制的XA-100和XA-101都属于这种发动机,两者都引入第三涵道设计,通过在第二涵道和第三涵道各增加一个可以相互耦合的调节气门控制第二、第三涵道的气流走向,并在第三涵道入口处再增加一个调节气门,通过三个调节气门有机调节、相互耦合实现不同工作模式转换。
目前根公开消息,这两款自适应变循环发动机能够确认的工作模式至少有4种:
1、大涵道比涡扇发动机模式。适用用于亚音速段飞行。
2、小涵道比涡扇发动机模式。适用于中低空区域的超音速飞行。
3、涡喷发动机模式。适用于中高空不开加力超音速飞行。
4、亚燃冲压发动机模式。适用于2马赫以上的不开加力超音速飞行。
这种发动机可以根据战机的飞行高度、飞行速度、飞行状态进行“自适应控制”,快速转换工作模式,使得战机的发动机在兼顾推力、加速指标的同时,始终处于最佳燃油效率工作状态,从而大大提升平均燃油效率。为发动机与配备发动机的整机带来了巨大的性能收益。
那么,在航空发动机领域,我国与美国的技术差距是不是又拉大了?
1、我国变循环验证机已经成功运转。
在航空发动机领域,我国与美国的巨大差距不是靠吹牛就能在短时间内赶上美国的!根据已公开的消息来看,即使是令军迷们兴奋不已的涡扇15也仍然不是变循环发动机。这款发动机只能算我国第四代航空发动机,其追赶对象就是美国F22战机装备的那款发动机——F119。因此,请不要指望研制出涡扇15就能消除中美在航发领域的巨大技术差距!
虽然我国短期内仍然赶不上美国的技术水平,但令人欣慰的是我国也早已开始研制变循环发动机。
2018年末,媒体报道中航集团专程型号总师刘永泉同志的先进事迹,文中首次提到国产新一代自适应变循环发动机研制进展:国产新一代发动机已经进入“关键技术整机验证阶段”,为歼-20改进和发展新一代战斗机打下了坚实基础。顺利的话,我国的变循环发动机进度或能赶上美国的第三代变循环发动机进度。
今年,航发动力半年度报告也首次提到,公司已具备5代航发验证机试制能力。
由于我国的变循环发动机项目仍然处于高度保密阶段,在此不做进一步探讨。
2、美国变循环发动机已经发展3代,技术实力远超各国!
客观来讲,不论我们是否承认,美国在航空发动机领域的技术实力无疑是遥遥领先世界各国的,其雄厚的技术储备也不是哪个国家能够轻易赶上的!
目前,美国已经发展到第三代变循环航空发动机:一、以J58为代表是涡轮喷气+亚燃冲压变循环发动机;二、以F120为代表的涡扇+亚燃冲压变循环发动机;三、以AX—100为代表的涡喷+涡扇+亚燃冲压的三模式变循环发动机。
早在20世纪50年代,美国就开始研制第一代变循环发动机。1956年,美国就开始研制世界首款变循环发动机J58变循环发动机,并于1957年12月24日首次成功试车。1964年SR71高空高速战略侦察机装上J58实现首飞。1971年,美国宇航局又开始招标研制第二代变循环发动机,其成果就是F120变循环发动机。YF120参加了美国第四代动力的选型,是世界上第一种经飞行验证的战斗机用变循环发动机。1990年12月,YF120在美国第四代战斗机项目竞争失败后,在其核心机基础上衍生发展了常规循环涡扇发动机F136,整体性能比F135那台遥遥领先世界的航发F135还要强大。2007年,美国又开始招标研制第六代战机发动机,GE和普惠分别拿出了XA-100和XA-101方案,也就是第三代变循环发动机。
虽然我国变循环发动机进展神速,但毕竟也只是首次研制而已。美国则已经开始研制第三代变循环发动机了,其雄厚的技术储备无疑是超越我国的!不管怎么说,起码我国也已经开始研制,借助于后发优势,我国与美国的航发技术差距并没有继续拉大,而是在快速缩小!
发展到第三代变循环发动机之后,变循环发动机基本到头了,接下去就是更为先进的组合循环发动机。这种发动机不仅能在大气层内更高的空域以更高速度飞行,还能推动飞行器进入100公里以上的亚轨道甚至太空!
令人欣慰的是,虽然我国变循环发动机技术储备仍然和美国有很大差距,但在比变循环发动机更为高级的组合循环发动机方面,我国却已反超美国!
篇幅有限,有兴趣可以自行了解:
https://m.toutiao.com/is/dvAYuRk/?=美国负责设想,我国负责实现!歼星舰计划我们是认真的 - 今日头条
结论:在航发领域,我国与美国仍然存在不小差距,主要是研制经验、技术储备方面差距太大。好在我国的变循环发动机也有重大进展,整体研制进度并未落后美国太多,最终谁能笑到最后还不好说。令人欣慰的是,在比变循环发动机更高级的组合循环发动机方面,我国已经后来居上。总而言之,道路是曲折的,前途是光明的!希望我国的科研人员再接再厉,早日赶超美国同行!
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