航发总师:涡扇-19进度提前!歼-35要比歼-20更早用上新发动机?
《军武次位面》作者:大伊万
昨天,一则关于中国航空发动机研发的消息突然引爆了军迷圈。根据微博传出的消息,在去年12月举行的第十届中国航空推进技术论坛上,中国航发集团贵阳发动机设计研究所专职总设计师黄维娜做了一个关于第四代先进中推创新发展的报告。
总师黄维娜对国产军用发动机报告的截图(完整视频可在军武速递微信视频号查看)
报告中不仅提到了中国航空工业、航发工业中等推力航空发动机的发展脉络,更提到了大家最为关心的、配套海军新一代舰载机和空军中型第五代战机的某先进中推的研发进度。
前几天,在咱们的文章《神秘的中国歼-15B再度现身!已刷“飞鲨”涂装,何时登上003“福建”舰?》后面,还有不少军迷留言询问“海四代”的情况。这不,迄今为止公布出来的、关于第四代先进中推最为权威的官方说法就来了,从中可以一窥我国新一代中等推力航发的研发情况。
距这张网传的歼-35照片曝光,已经过了快一年的时间
那么,此次关于第四代先进中推的“官宣”,背景是什么,主要内容提取出来意味着什么?以及大家最为关注的,我们大概在什么时候才能看到新一代的先进中等推力航空发动机呢?
此次官宣的背景
首先是关于此次官宣的场合和背景,大伊万在网上稍微找了找。此次黄维娜总师演说的场合,是于2022年12月8日到9日,在贵阳召开的2022中国航空推进技术论坛。
根据《中国航空报》报道,论坛由中国航空学会主办,面向航空发动机产业。以“推进发展,共创未来”为主题,结合本年度的航发产业发展目标和集团工作重点,服务航空产业生态圈建设。
数字赋能发动机研发
从论坛的交流内容看,共有20余位嘉宾在论坛上进行了发言,发言内容涵盖了适航审定与发展思考、航发产业生态圈建设、先进检验检测技术、零部件制造锻造技术、新材料和新工艺发展、结构强度技术和需求、研发装配数字化发展等论题。黄维娜总师的演讲题目是《数字赋能先进中等推力发动机创新发展》,主题是航发研发装备的数字化发展。
虽然演讲的主题侧重于先进中推的研发过程,但透露出来的关键性信息同样是为数不少。以目前在网上公布出来的少数PPT图片看,黄维娜总师指出,新一代中等推力航空发动机工程验证机涡扇-X9,因研发过程采用了数字化技术,五年以来需求满足率已超过90%,试制周期缩短了25%,总体进展有望提前。
这个研发过程数字化技术,大伊万个人理解可能指的是最近几年来比较时髦的数字孪生技术。所谓的数字孪生技术,也就是在虚拟空间中构建一个数字化的、高仿真的被测试系统。构建一个数字化的被测试对象虚拟模型,借助对数据的实时控制,通过虚拟被测试对象的交互,直接服务于物理层面上的、实际测试对象的交互。
这就要求测试者不仅要建立高拟真的航空发动机数字模型,还要基于大量收集的历史运行和测试数据,模拟出产品全寿命周期的运行状态。这样在发动机的运行测试中,就可以在不进行物理调整的基础上,使用数字手段对被测试对象的特定性能、特定参数进行反复测试,提前验证航空发动机不同工况、不同外部条件下的性能情况。
打个比方,比如我们之前要测试发动机的极限工况,按照之前的试验模式,需要使用多台试制的航空发动机实机进行测试。甚至有必要进行破坏性测试,比较浪费试验资源。且一旦在测试中未达到预期目的即导致发动机破坏,还需要推倒重来,进行归零后重新测试。因此这样试验周期较长,试验损耗较大。
而如果我们有了一个数字孪生体,那么现在我们要对发动机进行极限工况、极限性能的测试,就可以在超级计算机里边,像跑程序一样先跑一圈。发现哪里有问题,直接在超级计算机里进行调整,把BUG清理了之后再跑一圈。一直跑到这个虚拟的航空发动机性能令人满意,再转入到实机测试,这弯路就少多了。这也是为什么黄维娜总师在演讲中指出,说通过对新型航空发动机的数字工程,研制迭代减少了一轮,研制周期缩短了30%,硬件投入降低了20%,试验时数减少了25%的关键性因素。
中推发动机发展现状
黄维娜总师在演讲中提到的第二部分,也就是大家最为关注、最津津乐道的部分,就是中国航发工业中等推力航空发动机的研发现状了。
在研发、制造基地上,黄维娜总师明确指出,西南片区承担着我国中等推力航空发动机的研发、批产任务。担任总师单位的是中国航发贵阳所,担任发动机批产厂的是中国航发黎阳公司,这些对于中国军迷来说也算是常识了。中国航空发动机和中国航空工业一样,同样是南北双雄,北方的沈阳所和黎明厂,南方的成都所、贵阳所和黎阳厂,承担了小涵道比中等推力和大推力涡扇发动机的研发和批产任务。
同时,黄维娜总师还提到了中外中等推力航空发动机的发展型谱,由于这一型谱是按照推力来计算、而非按照研发时限来计算的,对于弄清楚我国中推研发历史并无太大帮助,倒是能够比较直观地让我们比较一下国内外中推的关键技术数据,在黄维娜总师看来:
美国通用电气的F404发动机(配装F/A-18C/D和JAS-39等)、法国赛峰的M88-2型发动机(配装阵风-F3)、英国罗罗的RB-199发动机(配装狂风IDS/ADV),三款发动机的加力推力在6000千克到8000千克之间;而苏联克里莫夫RD-33和我们的WSX3推力要比北约的这几款中推略高,超过8000千克。当然在我们知道的航发划代上,RD-33、WSX3、RB-199和F404属于三代中推,M88-2则属于三代半中推。
紧随其后的是第四代中推,黄维娜总师提到的型号都是比较经典的:比如通用电气的F414发动机(配装F/A-18E/F)、英国罗罗的EJ-200发动机(配装EF-2000)、法国赛峰的M88-3发动机,我们的WSX9型发动机也落在这一型别上,且推力和F414和EJ-200比较类似,都是10吨级。这个推力加上10一级的推重比,基本上达到了第四代小涵道比航空发动机的水平了。同时我们还有一个自主研发的WSX1型中等推力航发,看推力基本落在9吨这个级别上。这个型号应该就是传言许久的、基于WSX3型航发实施的深度技术改进型号了。
涡扇-9仿制于英国的斯贝MK202发动机
最后,黄维娜总师还提到了三个其它型号:一是英国罗罗的SPEY MK202,二是法国斯奈克玛的M53,三是我们自己的FWS-9型发动机。这三款发动机虽然在全加力推力上都在8000千克级,理论上属于中推发动机范畴,但是由于研制时间较早(FWS-9是仿制的SPEY MK202),是上世纪六七十年代的原始设计。因此推重比性能不出色,推重比普遍在5.5到6.5一级,相比第三代中推航发差别太大,不具备技术讨论的意义。
中推发动机发展现状
当然了,既然黄维娜总师明确了我们的第三代、第四代中推航空发动机的型号,那我们的两代中等推力航空发动机的研发路径、装机对象,结合之前有官宣的情况基本也就能猜个八九不离十了。中国的中等推力航空发动机,其实可以算作是两条腿走路走出了两个技术路线的结果:
米格-29搭载的RD-33发动机
第一条技术路线是吃透了RD-33发动机之后,拿出来的我们自己的WS-13型发动机。但是WS-13型发动机没有装机对象,后来又进行了进一步的深度挖潜,挖出来的WS-13IPE增推改进型。当然WS-13IPE并不是一个正式的型号,正式的型号应该就是黄维娜总师提到的WSX1型。该型航发的装机对象应该是类似于FWS-10型发动机的某增推改进型,作为海军新一代舰载机和空军中型第五代战斗机的第一阶段主要装机型号。
F-18搭载的F-404发动机
第二条技术路线可就有说头了,应该是上世纪八九十年代我们的先进中推预研项目的结晶,相关情况在刘大响院士的自传里明确提到过。八九十年代我们的先进中推预研项目对标的是通用电气的F404-GE402,先进中推预研项目先研制核心机,再匹配低压段研制先进中推技术验证机。当时瞄准的就是先进的8500千克级加力推力级,推重比超过了8一级。但是由于多种因素,该项目在90年代后期下马转为技术储备,具体的研发考量可谓是千古之谜。
歼-35完全体想象图(图源:高山CG)
可无论如何,看起来这个项目并未彻底灰飞烟灭。目前被我们寄予厚望的、即将成为海军新一代舰载机、空军先进中推目标发动机的,就是这款先进中推的后续技术发展型号。而且从黄维娜总师的演说中来看,咱们的先进中推进展非常顺利。其实这在前几年大伊万也听说过好几次,我们的先进中推甚至比大推的进展还要顺利得多。搞不好,海军新一代舰载战斗机可以比歼-20型战斗机更早地达到完全技术状态。
没时间解释了,快上舰!(图源:大包CG)
最后,其实很多人可能没注意过,这款先进中推航发早都展出过。早在2018年的第十二届珠海航展上就展出过它的缩比模型和装配的CG视频,大家可以找出来看一看。总之无论如何,随着近期先进航发的消息越来越多,我们可以认为,中国航发工业的第四代小涵道比发动机,已经处在了全面突破的前夜,成果随时可能爆发。
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