先山寨后国产:中国大运又要走这条路

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导读:  作者 龙腾日月   中航集团飞机公司胡晓峰总经理在空军节时候对外透露本国200吨大运实物年底亮相。现在阳历年已过,大运实物还未出现,也许偶们要期待的是阴历年吧。在过年喜庆的气氛中听到本国首型大运实物面世,也算是一种温馨加激情的快感。根据官方的报道来看,大运首飞时间应该在2012年左右,和传闻四代首飞是一年。所以今年年底展出的大运实物应该还不是首架原型机,更可能是个具有一定实机功能特征的全尺寸金属模型。这个模型在结构上应该和大运原型机完全相同,也应该装备了航电系统。但是总的来说应该是用于演示和辅助设

作者 龙腾日月


中航集团飞机公司胡晓峰总经理在空军节时候对外透露本国200吨大运实物年底亮相。现在阳历年已过,大运实物还未出现,也许偶们要期待的是阴历年吧。在过年喜庆的气氛中听到本国首型大运实物面世,也算是一种温馨加激情的快感。根据官方的报道来看,大运首飞时间应该在2012年左右,和传闻四代首飞是一年。所以今年年底展出的大运实物应该还不是首架原型机,更可能是个具有一定实机功能特征的全尺寸金属模型。这个模型在结构上应该和大运原型机完全相同,也应该装备了航电系统。但是总的来说应该是用于演示和辅助设计的。


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军方参观大运模型


看到200吨的最大起飞重量,龙腾就明白了。和中国四代一样,大运的发动机也基本成为了整机的短板,成为瓶颈,限制着大运的性能。200吨的最大起飞重量比俄罗斯的伊尔76多出30吨左右,比美国的C17又少了70吨左右。飞机的最大起飞重量其实就是发动机水平的间接体现。考虑到大运在气动和结构方面比伊尔76较为先进,而最大起飞重量只超过30吨,基本可以认为大运的动力系统与伊尔76的D30KP1性能相近。


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伊尔76装备的D30KP发动机


D30系列发动机是个不小的发动机族群,和D20系列一样,是前苏联索洛维也夫设计局的作品。索洛维也夫设计局前身是施维佐夫设计局,1953年施维佐夫去世后,巴亚索洛维也夫接任该设计局的总设计师,于是就改称索洛维也夫设计局。索洛维也夫设计局地处俄罗斯的彼尔姆,这个城市原名是莫洛托夫城。莫洛托夫曾经是斯大林执政班底的二号人物,而且是惨烈的苏联肃反运动的负责人之一,大概是此人在历史上不太光彩,这个城市才改名的吧。索洛维也夫设计局的主要产品是涡扇和涡轴发动机,比如D15、D20P、D30、D30K和D25B。


D20和D30两个发动机系列有着不小的渊源关系。D20P发动机是此设计局研制的双转子涡轮风扇发动机,主要用于图124客机。发动机研制始于1955年,1960年投入批量生产,1962年装上图124客机开始投入航线运营。由于主要装备客机,D20P的设计比较保守,其设计目标是要达到最佳的经济性和可靠性。其采用了压比为2.4的三级轴流式钛合金风扇,压比为5的八级轴流式高压压气机,有12个互联火焰筒的环管形燃烧室,单级气冷铸造高压涡轮和两级铸造低压涡轮的设计方案。D30发动机就是在D20P基础上发展而来,核心机和机匣绝大部分零件都相似,增加了一级跨音速风扇和两级压气机,增大了压比和流量,提高了发动机推力并且降低了耗油率。D30发动机在1968年在图134客机上投入使用,后来图134开始使用D30-2作为动力。


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装有D30K的图62客机


D30K是索洛维也夫设计局在D30基础上改进研制的苏联第一种较高涵道比的涡轮风扇发动机。D30K与D30虽然编号相似,但是差别很大基本没有通用零件。D30K的涵道比为2.42,突破了前苏联涡扇发动机涵道比徘徊在1左右的水平,接近了西方高涵道比(3-8)涡扇发动机。这标志着苏联在研制风扇叶片方面有了重大进展。D30KU是D30K的基本型用于伊尔62和伊尔62MK客机,而推力更大的改进型D30KP就是本国军迷耳熟能详的伊尔76大型运输机的动力系统。D30K发动机采用了钛合金进气机匣,三级钛合金轴流式风扇,11级轴流式高压压气机,有12个火焰筒的环管形燃烧室,两级轴流式气冷高压涡轮,四级轴流式不冷却低压涡轮的设计方案。D30KP发动机最大推力120千牛,在伊尔76运输机上一共装备四台。也就是说伊尔76总推力480千牛,最大起飞重量170吨。本国大运最大起飞重量如果是200吨的话,总推力需求大致是125千牛,D30KP或者其改型恰好可以满足大运的需要。


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D30KP发动机装备于我国的伊尔76运输机


实际上本国航空口就是这样想滴。随着中国进口的伊尔76运输机到货使用,其发动机D30KP也进入我国航空工业人员的视线。为了保证伊尔76运输机的日常使用、维护和大修,我国航空人员对D30KP发动机进行了详细的了解。本身D30KP发动机是苏联的二代涡扇发动机并不是什么先进的动力系统,但是我国航空动力产业由于历史原因,研制涡扇发动机的时间太短,还未能提供类似的发动机型号。由于技术水平一般,山寨D30KP也并不是什么很有挑战性的工作。根据风闻,本国的420厂也就是成发担负了山寨D30KP的任务,在网络上有网友给本国山寨版D30KP一个编号,叫“涡扇18”。山寨D30KP以后,不仅我国的伊尔76运输机有了自主的动力保证,元老级别的轰六轰炸机也焕发了新生。装备有D30KP发动机轰六改型耗油率比采用涡喷8发动机的轰六基本型下降很多,作战半径大大增加,再搭配上长剑系列空射巡航导弹,空军远程精确打击实力又上台阶了。


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成发宣传展板上的D30KP发动机


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换装D30KP发动机的轰六K


伊尔76运输机的载重在40吨左右。这个载重虽然比运八的20吨有质的提高但是对于本国而言还是不够,因为中国研制大运一个很重要的目标就是实现主战坦克的空运。这对于我国战略威慑力具有重要意义。比如在台海发生危机的情况下,我国可以采用伊尔76和运八联合空降伞兵车占领台湾机场,然后随之跟进的大运即可进行主战坦克卸载。以往空降兵占领空降区后只能凭借轻武器外加轻装甲平台进行作战,与敌军成建制主力基本无法直接对抗。而大运装备之后,运抵战场的99改主战坦克则可以大显神威。要知道99改主战坦克对于中国周边任意地区装备的主战坦克就可以基本秒杀。如果说面对中国伞兵突击车的台湾陆军还可以负隅顽抗,面对99改主战坦克就可以直接弃甲投降了。99改主战坦克战斗重量在55吨左右,也就是说中国大运要实现55吨以上,大概达到60吨左右的载重性能。这使用老旧的二代涡扇发动机D30KP是基本无法实现的。


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99改主战坦克是世界上最强大的主战坦克之一


美国的C17作为现今世界上唯一一种战略-战术运输机,既具备与战略运输机基本相当的运载重量,也具备战术运输机的起降性能。这除了美国结构、材料和气动水平很高之外,最大推力180千牛的F117涡扇发动机是决定性因素。C17装备四台F117发动机(不要和F117隐身轰炸机弄混,这里的F117是美国的涡扇航空发动机,正式编号F117-PW-100),总推力达到了惊人的720千牛。这和伊尔76总推力480千牛相比确实是质的区别。怪不得美国的C17可以有270吨的最大起飞重量,并且可以有70吨的最大装载重量。


F117-PW-100发动机是美国普惠的杰作,普惠最著名的杰作大概就是F22的动力F119-PW-100了。F117发动机源自于普惠公司的PW2000系列发动机。PW2000是美国第三代民用涡扇发动机。普惠内部编号PW2040就是美军编号F117-PW-100发动机。F117-PW-100发动机采用了有36个钛合金宽弦叶片的单级轴流式风扇,四级轴流式低压压气机,十二级高压压气机,镍合金环形燃烧室,两级轴流式空心单晶高压涡轮,五级轴流式非冷却主动控制间隙的低压涡轮和全权数字控制系统的方案设计。其涵道比为5.9,比D30的涵道比大出去一半,涡轮前温1700K以上,是正正经经的三代涡扇发动机的杰出代表。可以说,三代涡扇发动机是C17功成名就,出入沙场的最强保证。


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PW2000发动机结构剖视图


本国的大运要想实现类似C17的运载性能,也就是实现运载主战坦克的目标,就必须使用三代涡扇发动机。幸亏本国改革开放以来,国力日渐丰厚,在航空发动机研制方面也进步明显。在上海举行的2009年中国国际工业博览会预展上有一款发动机模型首度亮相成为人们关注的焦点,该发动机型号SF-A,是一款推力范围从12000到13000公斤力的大涵道比涡扇发动机,是可以匹配未来“国字号”大飞机C919的第一款国产飞机发动机模型。此款发动机的参数与美法联合研制的CMF56-5发动机基本吻合,相信又是一个钓鱼工程和山寨工程的杰作。更加巧合的是,CMF56系列发动机的核心机就是美国F101发动机的核心机。F101是美国通用电气公司为战略轰炸机B-1研制的中等涵道比加力涡扇发动机。它的研制过程可以追溯到60年代中期,当时该公司正按美国空军合同实施第二代先进涡轮发动机燃气发生器计划,编号为GE9。在1969年为争夺用于先进有人驾驶战略轰炸机的竞争中,GE9验证机获胜,从而导致在1970年6月美国空军与该公司签订一项4.06亿美元的全面研制合同,其中包括40台原型机,发动机正式编号为F101-GE-100。


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F110-GE-100发动机


如果F101发动机大家比较陌生,那么GE9核心机衍生的另外一款发动机大家就如雷贯耳了,那就是F110-GE-100。美国第一款三代大推力发动机F100-PW-100的可靠性问题在服役初期直接将F15送上机库皇后的宝座。无比郁闷的美国空军急忙让GE公司研制另外一款类似的三代大推力发动机应急。于是GE公司就在GE9核心机上进行改进,于是研制出了F110-GE-100发动机并且大量装备了F15、F16等美国主力作战机型,可以说是美国空军打击力量主要动力支柱之一。后来CMF56发动机进入中国民航,某种程度上说F110的核心机也就进入了中国。根据坊间传闻,我国第三代大推力涡扇发动机“太行”就是在CMF56发动机核心机基础上进行半仿半研搞出来的。抛开传闻,太行发动机基本结构和参数都与F110非常类似,都是三级钛合金宽弦风扇,九级高压压气机,两级低压涡轮和单级高压涡轮设计方案。如果按照上述步骤逆推回去,再在太行基础上搞出来一款类似CMF56的大涵道比涡扇发动机应该完全可行。综合多方面的资料猜测,SF-A发动机很可能就是在太行核心机,本国又称换算流量25公斤级核心机,上进行改进的结果。


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SF-A发动机模型


换算流量25公斤级核心机的编号据称是GD25,偶们就暂且称其为GD25吧。GD25核心机换算流量25.5千克每秒,一共有九级压气机,压比9.7,燃烧室出口燃气总温也就是涡轮前温是1688K,单级涡轮。从参数来看属于三代航空发动机水平,在此基础上可以衍生出第三代大推力小涵道比涡扇发动机,就是“太行”,可用于双发重型战斗机和单发中型战斗机,还可以衍生出9200千牛-12900千牛推力的大涵道比非加力涡扇发动机,用于大型运输机,150座级别的客机。这恰好与大客大运的基本参数互相吻合印证。如果我国在GD25核心机上进行衍生,研制出一款循环参数与CMF56基本相当,涵道比为5-6之间的非加力大涵道比发动机的话,那就完全可以适用于大运的性能提升。我们暂且称之为大涡扇。此时大涡扇的推力大致为12000千牛到13000千牛之间,虽然和美国F117最大推力18000千牛无法相提并论,与D30KP120千牛的最大推力也没有质的提升。但是大涡扇核心机循环参数高于二代的D30KP,也就是说在推力相当的情况下重量会更轻,耗油率会更低。在本国结构设计、材料、气动都超过伊尔76的情况下,采用大涡扇作为动力系统可以将伊尔76大致40吨的载重提升至55吨左右。如果在大涡扇基本型号上进行改进,提高循环参数,增加涵道比,那么大运实现60-65吨的载重也不是不可能。


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GD25核心机推力涵道比曲线图


动力一直处于短板状态的我国航空工业在历史的教训中学会了两条腿走路。歼十战斗机设计之初本打算使用我国自己研发的太行作为动力,但是在太行进度不保,可靠性较差的时期灵活地选用了俄罗斯AL31FN发动机进行替代。今后太行搞定,再上歼十。根据上述分析,大运也会非常类似。在本国大涡扇完全成熟之前,先山寨俄罗斯的D30KP发动机保证大运不被动力拖后腿,等到大涡扇发展成熟,大运即可装上更强劲的国产心,在中国战略投送发展史上写下关键的一笔。

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