近日,据《科技奖励》权威媒体发表的文章:航空动力的攻“心”战――记航空发动机集团专职型号总师、沈阳发动机研究所总设计师刘永泉一文中披露,我国在自适应变循环航空发动机取得了重大了突破,已完成变循环特有的关键技术整机验证,构建了自适应发动机关键技术体系,让人振奋不已。自1941年第一架装有涡喷发动机的飞机上天以后,涡轮发动机研制取得了巨大进步。特别是1960年第一台涡扇发动机问世后,很快就在第四代,第五代战斗机以及民用运输机上获得了普遍应用,与最先进的涡喷发动机相比,起飞推力增加50%,巡航推力增大27%,耗油率降低13%,战斗机性能指标大为提高。但是涡扇发动机也不是完美无缺:在低空亚音速飞行时,涡扇发动机相比涡喷发动机具有更低的耗油率和更高的单位推力;但在高空超音速飞行时,涡扇发动机的耗油率却明显高于同等推力的涡喷发动机,这对追求超音速巡航性能的第五代战斗机是极其不利的。
而变循环技术能够使发动机同时满足飞机亚音速飞行和超音速飞行时的要求,在较大范围内改变发动机的气动热力参数(如流量、压比、涵道比等),在宽广飞行包线内都可以提供较高的推力和较低的耗油率,可以看作是将亚音速性能更好的涡扇发动机与超音速性能更好的涡喷发动机结合成了一台发动机,相比单一的涡扇发动机或者涡喷发动机都具有较大的性能优势,是目前世界各国航空发动机研究领域的重点研究对象。从最近发表的刘永泉总师事迹报告和国内外公开资料推测,我国完成的自适应变循环整机验证应该是在已逐渐成熟的涡扇-10“太行“航空发动机的基础上改进而来,并紧跟美国军方的第5代变循环发动机预研计划。
据悉,2018年5月,在西安阎良航空城举办的“2018大中型军民用飞机发展高峰会”上,歼20战斗机总设计师杨伟的主题演讲中,首次承认下一代战斗机相关技术预研项目正在发展中,按照总师的讲话内容,我们可以知道六代机的相关预先研究已经开始,而下一代战斗机的配套项目――变循环发动机项目应该已经走上快速发展轨道。上个世纪六十年代,美国在SR-71“黑鸟”3倍音速战略侦察机上,投入使用的能在冲压发动机和涡喷发动机之间进行转换的J-58发动机从某种意义上来说是最早的变循环发动机。
此后五十多年的时间里,美国通用电气公司在变循环发动机研制领域里不断进行研究和探索,举世公认美国通用电气公司在变循环发动机研制领域一直处于全球领先水平。从早期变循环概念的提出,到目前通过实验验证的变循环发动机F-120、F-136的研制成功,通用电气公司已先后开发出了具有代表性的5代变循环发动机,其中第3代变循环发动机YF-120因为参与F-22隐形战斗机航空动力的竞标而广为人知,虽然竞标失败,但却是第一台经过了飞行试验验证的双外涵变循环发动机。从发布的公开资料推测,“太行“自适应变循环航空发动机为三外涵变循环发动机,可以工作在单外涵、双外涵、三外涵模式下,采用自适应控制来满足不同飞行条件下的需要。
当工作在单外涵模式下,“太行”变循环发动机可以看成为一台涡喷发动机,气流仅小部分流入核心涵道,绝大部分流入核心机,以提高发动机单位推力。在高度为11公里、战斗机巡航速度为1.4倍音速时,接纳的进气量约比常规涡扇多15%,发动机最大推力提高了约20%,此时耗油率降低约19%,即使在2.5倍音速时发动机仍然有良好的超音速性能。当工作在双外涵模式时,“太行”变循环发动机就是一台战斗机普遍使用的小涵道比涡扇发动机,具有优良的高亚音速巡航性能。在高度为13千米、战斗机巡航速度为0.9倍音速时,通过变几何优化调节,相比常规混排涡扇发动机,仍然可小幅节约油耗 2.5%至6%。
当工作在三外涵模式时,“太行”变循环发动机可以看成为一台民用涡扇发动机,涵道比可大于1,进一步降低了安装油耗,低亚音速巡航时发动机推力油耗可再降低20%至25%左右,大幅增加战斗机作战航程。与美国的第五代变循环发动机AETD项目相比,我国的“太行”自适应变循环发动机具有明显的型号背景,当涡扇-15一旦遇到重大挫折而不能如期装备部队时,可以作为一个应急型号顶替上去。如果涡扇-15研发生产一切顺利,“太行”变循环发动机所掌握的技术也不会白费,可用于对涡扇-15后期发展型的技术改进,大幅提升歼-20战机的作战航程,在不提高涡扇-15涡前温度,不降低发动机寿命的情况下,再提高推力5-10%。
