人類對飛行極致的需求使得飛行器越來越復(fù)雜與昂貴。軍用飛機特別是戰(zhàn)斗機,需要在劇烈速度變化中實現(xiàn)空中機動。10幾噸的戰(zhàn)斗機,要在幾百米的距離內(nèi)飛上天空,并迅速達(dá)到甚至超過音速,還要達(dá)到上千公里的航程。
隨著軍用飛機的使用環(huán)境日趨苛刻,發(fā)動機已經(jīng)成為未來研制作戰(zhàn)飛機成功的關(guān)鍵。航空發(fā)動機制造商,正在成為上千億軍用戰(zhàn)機訂單背后的利益角逐者。2012年11月,通用電氣和普惠公司獲得了價值超過6.8億美元的演示驗證變循環(huán)戰(zhàn)斗機發(fā)動機合同,將在2013年進行自適應(yīng)風(fēng)扇發(fā)動機的驗證機試車。媒體披露,這次驗證的相關(guān)技術(shù),將在2020年左右達(dá)到實用狀態(tài),既有可能應(yīng)用于現(xiàn)有的F-35戰(zhàn)機,也可能配套未來的第六代作戰(zhàn)飛機使用。一切似乎都在昭示,繼第五代F-119發(fā)動機之后,第六代發(fā)動機競賽打響了。
中國多年來一直致力于提高國產(chǎn)發(fā)動機技術(shù)。美國軍事網(wǎng)站“戰(zhàn)略之頁”3月16日報道稱,中國日前投資160億美元,欲攻克在制造高性能噴氣機發(fā)動機時遇到的難題。報道還稱,雖然中國已為此奮斗了30多年,但仍被發(fā)動機的材料耐用性、設(shè)計性能以及質(zhì)量控制等問題困擾,無法匹敵與西方對手。
報道舉例說,中國研發(fā)WS-10A發(fā)動機已有25年,希望以此取代殲-10/11/15/16戰(zhàn)機上使用的俄羅斯AL-31F發(fā)動機。但是這一過程并不順利。AL-31F在由俄羅斯交付給中國后,在900個飛行小時內(nèi)運轉(zhuǎn)正常。中國工程師們已找到了如何對這款發(fā)動機進行微調(diào)、使其工作時間提高到1500小時的秘訣。但是,這種微調(diào)一直沒能實現(xiàn)預(yù)計的效果,因為中國無法生產(chǎn)出符合質(zhì)量和耐用性需求的核心部件。十多年來,中國一直希望擺脫對俄羅斯發(fā)動機的依賴,但一直未能如愿。這也是這項160億美元投資的主要原因。
在12年中,中國進口了與WS-10A類似的兩款俄羅斯發(fā)動機。一款為價值350萬美元、裝備于蘇-27/30上的AL-31,另一款為價格250萬美元、裝備于JF-17(中巴共同研發(fā)與F-16十分類似的機型)的RD-93(是米格-29所裝備的RD-33的另一種版本)。在此期間,中國工程師們潛心研究,希望掌握制造一款俄式AL-31F的中國版本的技術(shù)。目前,他們已經(jīng)可以在紙上設(shè)計出能與西方競爭的WS-10A發(fā)動機;但在地面測試時,該發(fā)動機的可靠性、持久性都存在一些問題。
報道分析說,在過去十年中,中國投入巨資提高發(fā)動機國產(chǎn)能力,所遇到的困難,與蘇聯(lián)當(dāng)年攻克發(fā)動機設(shè)計及制造技術(shù)難題時遇到的十分類似。不過現(xiàn)在中國知道俄羅斯犯下的錯誤,可以避免這些錯誤。此外,中國能接觸到更多的外國技術(shù)。最后,中國與蘇聯(lián)不一樣的是,可以在市場經(jīng)濟下發(fā)展自己的發(fā)動機制造能力。這比蘇聯(lián)70年前在計劃經(jīng)濟下的發(fā)展更為高效。雖然仍面臨諸多問題,但中國堅定信心,要掌握俄羅斯發(fā)動機制造技術(shù),然后打敗在這一領(lǐng)域一直稱雄的西方公司。
美國研制自適應(yīng)風(fēng)扇發(fā)動機,預(yù)計2013年試車
對于第五代戰(zhàn)斗機來說,需要起降距離更短、航程更遠(yuǎn)、超音速巡航能力更強。發(fā)展到這個階段,人類飛行已經(jīng)早已遠(yuǎn)離浪漫。和鳥類肌肉力量相比,噴氣發(fā)動機是“暴力美學(xué)”的工程典范。按照一些極端者的說法,只要有發(fā)動機,就是一塊磚頭也能飛起來。
隨著軍用飛機的使用環(huán)境日趨苛刻,發(fā)動機已經(jīng)成為未來研制作戰(zhàn)飛機成功的關(guān)鍵。航空發(fā)動機制造商,正在成為上千億軍用戰(zhàn)機訂單背后的利益角逐者。
2012年11月,通用電氣和普惠公司獲得了價值超過6.8億美元的演示驗證變循環(huán)戰(zhàn)斗機發(fā)動機合同,將在2013年進行自適應(yīng)風(fēng)扇發(fā)動機的驗證機試車。媒體披露,這次驗證的相關(guān)技術(shù),將在2020年左右達(dá)到實用狀態(tài),既有可能應(yīng)用于現(xiàn)有的F-35戰(zhàn)機,也可能配套未來的第六代作戰(zhàn)飛機使用。一切似乎都在昭示,繼第五代F-119發(fā)動機之后,第六代發(fā)動機競賽打響了。
研制第六代發(fā)動機,與現(xiàn)代戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)飛機的嚴(yán)酷要求緊密相連。一方面,戰(zhàn)斗機要朝著多用途方向發(fā)展;另一方面,從低亞聲速待機到高亞聲速、超聲速巡航機動,戰(zhàn)斗機的飛行范圍不斷擴大。
從歷史上看,美國的第一種五代戰(zhàn)斗機F-22采用了普惠公司的F-119發(fā)動機,其后的F-35則采用了由F-119衍生的F-135發(fā)動機??紤]到F-22和F-35上萬億的采購規(guī)模和發(fā)動機在戰(zhàn)機整體價格的巨大比例,普惠公司在這場發(fā)動機競賽中,至少獲得3000億美元的發(fā)動機生產(chǎn)合同。
如此巨大的市場,難怪通用電氣這樣的失敗者一點都不甘心。這些年,通用電氣一直堅持F-136發(fā)動機的研發(fā)。在F-136最后被終止之后,美軍又適時啟動自適應(yīng)發(fā)動機技術(shù)研發(fā)計劃。普惠公司生產(chǎn)單位所在四個州的參議員,聯(lián)名向美國空軍質(zhì)詢:自適應(yīng)發(fā)動機計劃是不是F-136的復(fù)活?美國空軍是不是在尋找F-135的替代品?美國空軍不得不公開表示:這不是復(fù)蘇F-35備選發(fā)動機,而是技術(shù)升級和預(yù)研,并把普惠公司也納入到了這個項目之中。
所謂的變循環(huán)發(fā)動機,是指在一臺發(fā)動機上,通過改變發(fā)動機的一些部件的幾何形狀、尺寸或者位置,來實現(xiàn)不同熱力循環(huán)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。變循環(huán)發(fā)動機目前主要的研究方向是改變涵道比:在爬升、加速和超聲速飛行時減小涵道比,以增大推力;在起飛和亞聲速飛行時,加大涵道比,以降低耗油率和噪聲。
從現(xiàn)有資料來看,通用電氣在變循環(huán)發(fā)動機研制中處于領(lǐng)先地位。普惠盡管也有變流路控制這類變循環(huán)發(fā)動機技術(shù),但相對通用電氣仍然落后。這也是其一直對F-136以及自適應(yīng)發(fā)動機計劃非常警惕的主要原因。
無論自適應(yīng)發(fā)動機最后能取得何種成果,第六代戰(zhàn)機“心臟”競賽已經(jīng)打響。盡管和發(fā)達(dá)國家有著不小差距,但在資源調(diào)配和技術(shù)后發(fā)上,中國有著自身優(yōu)勢。因此,在這場競賽中,我們一定要以超前的眼光,綜合各方面智力,為中國航空動力未來技術(shù)繪制一份穩(wěn)妥、可靠的發(fā)展路線圖。