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苏57换新航发试飞和中国有关吗 中方投资为人做嫁衣

发布时间:2017年12月11日 10:06 来源:开机123游戏资讯

  来源:观察者网   作者 席亚洲

  本周,俄罗斯宣布“产品30”发动机首次在苏-57战斗机的原型机T-50-2号上进行了试飞。这是俄罗斯航空工业值得庆祝的一个里程碑。目前关于“产品30”的信息非常少,而且互相矛盾,究竟这种发动机的真面目是什么?俄罗斯为何能这么快让它飞上蓝天?中国的下一代战斗机发动机会和它有关吗?我们做一点粗浅的分析。

  航空发动机,尤其是战斗机发动机可以说是中国军事媒体从未冷却过的话题。这可以说是中国迄今为止依然落后于美、俄的一块重大短板。

  本周,俄罗斯宣布“产品30”发动机首次装在T-50-2号原型机上进行了试飞,这是该型发动机的一个重大里程碑。

  试飞原型机由苏霍伊公司首席试飞员谢尔盖·博格丹驾驶。飞行历时17分钟

  那么“产品30”究竟是怎么回事,其性能如何呢?我们追溯俄罗斯几款航空发动机的历史,来说一下。

  俄罗斯五代航空发动机研究,最早始于上世纪70年代末的五代机新型发动机研制,也就是米格1.42计划。最终进入竞争阶段的是“土星-留里卡”设计局的AL-41F方案和莫斯科“联盟”局的R-179-300方案。

  相比之下,R-179-300方案是在雅克-141垂直起降战斗机的R-79发动机基础上研制。按计划,其推力高达20吨,且采用了二元矢量喷口。

  1993年R-179发动机完成了3500小时的地面测试,但最终还是下马

  而AL-41F发动机方案相比R-179要稳妥一些,其最初计划推力也是20吨,但因为计划中风扇、高压压气机级数多一些(3级风扇,少于8级高压压气机),因此推比比R-179-300方案低一些。但胜在难度低一些,较为稳妥,最终米格1.42计划选中了AL-41F发动机方案。

  AL-41F在研制阶段代号“产品20”。其研制工作从1981年开始,到1987年开始在图-16和米格-25上进行飞行试验,至1999年,在图-16上完成亚声速试验,在米格-25上达到了2.5马赫的速度。2000年,开始在1.42上进行试验。2001年,AL41F1-A在莫斯科航展上首次展出。

  2001年亮相的AL-41F

  不过,据一些说法,AL-41F的性能其实不如预期,而且其尺寸也过大,无法装备在苏-27系列战斗机上使用。

  R-179-300计划虽然落选,但其发展并未终止。1995年,代号R-79M-300的新发动机出现,据称这种发动机是在“国外投资”下发展起来的,当时俄媒报道称它将装上苏-37战斗机,其特色是采用二元矢量喷口,推力矢量幅度可达±20°,最大推力18.5吨,采用FADEC系统,采用新的燃烧室。

  后来有媒体所说的“中国从俄罗斯购买R-179发动机图纸”,乃至传说涡扇-15就是在R-179-300方案基础上发展的说法,大多实际上就是关于R-79M-300的这个“离奇”身世的。

  关于美国通过投资获得雅克-141技术的说法,也是来自于关于R-79M-300的“外国投资”传说。不过关于这种说法,没有任何证实。

  老AL-41F发动机在2000年后停止发展,因为俄罗斯新的第五代战斗机尺寸重量比米格1.42确立的标准有较大幅度缩水,其发动机自然也就要相应的减小尺寸才行。

  俄罗斯在21世纪初确定的LFS计划,提出了发展“多功能单发轻型前线战斗机”的要求,相应的要求新发动机在AL-31F基础上推力要提高到14-16吨,但尺寸不能变,重量还要有所降低。于是“留里卡-土星”设计局就提出了第一个代号“产品117”的方案,重量拟减轻150千克,推力增大15-20%,达到14-15吨,并安装FADEC系统。但90年代期间因为资金问题,这个计划一直处于计划状态。

  2000年,俄罗斯又改变了研制轻型战斗机的思路,要求新的五代机重量尺寸类似F-18E/F水平,代号SFI,确定用“产品117”为发动机。

  2002年,俄空军确定了如今大家熟悉的从“117工程”到“30号机”的两阶段发动机研制计划。

  不过与现在普遍的传闻不同,代号117A的发动机并非俄军自用型发动机的代号,而是“零寿命”——即对发动机寿命不做要求的原型验证机的代号。而真正担负“过渡发动机”任务的,实际上就是117S发动机。

  T-50现在使用的117S

  117S在2008年进入试飞阶段,该机代号也被改为AL-41F1,继承了AL-41F的型号名称,但却和“老AL-41F”根本是两种发动机。该发动机与AL-31F一样,采用4级低压风扇、9级高压压气机,但涡轮则和老AL-41F一样,只是按比例缩小。涡轮前温度达到了1755K,燃烧室采用了新材料。

  117S的推力为14.5吨,采用该型发动机的苏-35战斗机能够在不开加力状态下达到音速。

  正是因为117S虽然采用了不少新技术,但风扇和压气机依然是老构型,再加上乌法工厂一直为印度提供发动机,名声多少受点影响……国外客户开始没有相中。

  在该型发动机基础上,“土星”厂开始研制正经的第五代发动机,代号早期是“129工程”,后来又改为“30号工程”。

  但30号工程并非“土星”一家独占。

  中国读者非常熟悉的“礼炮”厂从这里出现了。

  “礼炮”厂早期只承担部分AL-31F发动机生产任务——在苏联时代,“礼炮”负责生产AL-31F发动机的热端部分,而“乌法”生产AL-31F的冷端部件。后来“乌法”被“留里卡——土星”合并,而“礼炮”具备生产完整AL-31F发动机,其实还要感谢中国。

  AL-31F发动机

  因为中国空军下达的AL-31FN(歼-10的发动机)生产任务,“土星”设计局将相关图纸转让给“礼炮”。以此为契机,“礼炮”获得了生产完整AL-31F发动机的机身,稍后又大大加强了自己的设计部门,成为可以与“土星”分庭抗礼的完整发动机设计生产企业,甚至一度是唯一独立于联合航空发动机公司外的俄罗斯航发企业。

  该厂用中国的资金完成了99M系列发动机的研究(AL-31FM系列),关于99M1和99M2的研制,以及99M2研制成功后俄罗斯拒绝将其出售给中国,乃至后来“暗度陈仓”的故事,我们就不必细说了。不过从技术角度而言,99M1和M2和117S一样,没有对AL-31F经典的构型进行大幅度调整,只是大大改善了制造技术,采用了大量新技术、新材料、新工艺,都是对AL-31F发动机的“魔改”。

  2012年莫斯科航展上“礼炮”厂送展的99FM2发动机

  这里要说的是99M3发动机。

  99M3的最大亮点是采用了新设计的高压和低压压气机,为3级低压、6级高压的全新构型,为大幅度减轻重量,提高可靠性创造了条件。在2007年试验中,推力达到150千牛。

  这台发动机,险些击败“土星”的方案,成为苏-57“第二阶段”发动机基础方案。

  尽管“礼炮”工厂的99M3方案最后落选,也被俄罗斯禁止向中国出口,但它的相关技术已经发展到了相当阶段。

  “礼炮”工厂展示的99M3模型,在于117S的竞争中由于技术跨度太大落选

  2013年后,俄罗斯陆续启动新一轮发动机工业整合,“礼炮”厂独立性受到严重削弱。尤其是2015年,普京亲自到该工厂参观视察, 要求加强“礼炮”和“土星”在“30工程”中的合作程度,在这次视察后,“30工程”研制工作得到了突飞猛进式的发展。如今第一台进行试验的“30工程”发动机,就是“礼炮”生产的。

  换言之,中国花钱壮大了“礼炮”厂,最后变成为人做嫁衣。不过我们不必埋怨普京“坑”中国,上世纪90年代俄罗斯那种情况,本来就不是一种常态。

  从上述这些描述中我们可以看出“30工程”绝非是俄罗斯人拍脑袋就干出来的。

  我们回头看看AL-31F的研制进度,从1974年立项到1984年开始国家试验这十年中,该发动机三次大幅度调整设计方案,解决了685个技术难题,使用51台发动机……甚至还撤换了5位领导。研制期间,为了降低发动机重量,甚至提出了每减重1公斤,奖励5个月工资的措施。即使如此,到1984年,该发动机通过国家试验时,其寿命也不过100小时,而苏-27的原型机T-10-1到T-10-10也是用的老式的AL-21F-3进行的试飞。

  真正达到成熟阶段,使用寿命超过1500小时的AL-31F发动机,是要到21世纪以后才真正出现。

  而“产品30”,其发展历程得从1981年AL-41F开始研制算起,到2017年12月首飞,已经经历了36年时光。可见,第五代发动机的发展,绝不是轻轻松松一蹴而就的。

  关于“产品30”的具体技术细节目前尚不清楚。但是从“土星”、“礼炮”两家企业的长项来看,笔者提出一个大胆的猜测——只是一个符合逻辑的猜想,未必准确,仅供参考。

  考察117S和99M3这两款AL-31F魔改型,我们可以发现,117S的热端是用老AL-41F的设计研制的全新产品,但冷端还是4+9的老设计。而99M3,冷端用了3+6的新设计,但核心机没有大改——理解了这一点,“产品30”的基本概念就呼之欲出了……。

  它的核心机,可能是在老AL-41F基础上重新开发,类似117S的核心机,该核心机的涡轮前温度可达1864K,非常先进,结合21世纪的最新材料技术,性能应该可以有较大的提高,同时重量继续减轻。

  而其冷端,可能采用“礼炮”在99M3上的设计,因为99M3的3级低压、6级高压的设计,比当初老AL-41F的3级低压、8级高压还要先进不少。当初99M3研制的时候,礼炮厂就曾表示该发动机的冷端可以作为第五代发动机的发展原型——当初也就是因为这才吸引到投资的……

  生产线上的产品30发动机组件

  换言之“产品30”可能是大量采用AL-41F和99M3的技术和部件,同时结合两家为第五代发动机所设计的新结构的产品——所以其研制进度还是颇为快速的。

  从技术路线上来讲,它可能沿用了许多AL-31F各种改进型的部件。但因为架构是新的,已经不能再叫做“魔改”AL-31F了。

  至于其性能,据称是在AL-31F基础上提高推力、降低成本、降低油耗、提高可靠性和寿命、并采用最新的数字化控制技术等等……当然具体数据现在并没有公布,基本都是媒体根据官方所表示的“增加推力30%”这样的含糊数字,自己推测出来的。

  但可以确信,该发动机的性能将在AL-41F1基础上有较大的提高,应该能够实现苏-57的1.5倍声速巡航的要求。如果一切顺利,参考AL-31F的国家试验和定型过程,可能在2年内通过国家试验,随后进入量产阶段,在5年内达到较大的产量——考虑到俄罗斯目前的经济情况,或许会打个折扣,但再怎么着,2025年前,这款发动机应该能达到较为理想的状态。

  不过,对于苏-57来说,一款新发动机可能并不能带来转折性的变化。其RCS值已经决定了,它是一款只能算“准隐身”的战斗机,就算能实现超音速巡航,其价值依然有限。注定智能用来欺负“阵风”“台风”这类不隐身的四代半战斗机,却无法和真正的五代机过招。

  而如果用来作为“第六代”战斗机的发动机呢?——似乎又显得不够,美国已经提出第六代战斗机发动机指标,在F135基础上增推30%,降低油耗20%,降低成本20%,计划2025年研制出原型机——当然,实际上要多久能开发出来,还不敢说。

  看过从AL-31F到“产品30”的坎坷发展史后,相信我们可以更客观地看待国产发动机问题。

  在歼-20已经入役的今天,关于其隐身、雷达、导弹、信息化方面已经找不到什么“黑点”的情况下,以“唱衰”中国为乐的人们就只好“黑”发动机了。

  包括西方媒体,动不动就说因为发动机赶不上F-22水平,歼-20还是不能算和F-22并驾齐驱之类的话。

  其实两年前网络著名媒体人扬基就曾说过,在第五代战斗机性能各方面里面,发动机只是决定战斗机“下限”的东西,即使性能差强人意,只要在隐身、信息、武器等方面达到相当水平,先进发动机带来的超音速巡航和高机动性也不过是锦上添花。尤其是隐身战斗机之间空战,究竟会以什么方式进行的问题,即使是唯一装备第五代战斗机的两个国家自己都没研究明白,“发动机制胜论”是不是有理,就更成了“玄学”问题。

  不过具体到飞机方面,其实发动机本身的水平并不一定决定一种战斗机机动性能的高低。必须结合飞机总体设计水平来说。

  事实上,现有状态的苏-57和歼-20,都是使用四代机改进水平的发动机,但却能在不开加力情况下实现跨音速飞行(跨音速状态下飞行不利于稳定飞行,实际上不能算“巡航”),在超音速条件下有较强的机动性,这都是第四代战斗机所无法实现的。原因也很简单,武器内置,加上气动外形上的新设计,让这些飞机的飞行阻力大幅度减小,从而大大提高飞行性能。

  光说推重比的话,歼-6的推重比还能达到三代机水平(0.9)呢,有人会认为它的机动性能达到三代机水平吗?所以,歼-20即使使用现有的发动机,一样具有完全超越所有四代机的机动性能,这一点也不“神奇”。

  而今,专门为歼-20和歼-10BC研制的涡扇-10C已经装机试验——该发动机和歼-16用的涡扇-10B水平相当,是我国第一种性能进入稳定状态,且跟上美俄主流水平的发动机。已经可以和AL-31FM-1相提并论,这是非常不容易的。至于进一步赶上AL-31FM-2,其实目前已经有新的太行IPE正在研制,从正常科研角度来看,几年内成熟应该是完全有可能的。

  这已经相当于俄罗斯2010年前后(或者美国上世纪90年代)的水平——如果中国研制涡扇-15的进度和俄罗斯研制“产品30”相当,那么或许,5-7年后,涡扇-15就能真正成为歼-20的动力,这其实依然是乐观的。比较而言,这意味着中国已经达到了苏联解体前,追赶美国的进度,很了不起了。尤其是考虑到总体设计和部分子系统技术水平方面,现在的中国已经可以和美国并驾齐驱的情况下。

  在此之前,我们可能看到使用涡扇-10C和99M2发动机的歼-20并驾齐驱的画面。其实——这不是什么坏事,这个消息意味着歼-20的产量会相当令人期待。

  当然,并不是说超巡就不重要。由于涡扇-15还要有些时日才能完成发展,近期有人提出,“鹘鹰”战斗机如果配备了新研制的中推发动机,可以比歼-20更早实现超音速巡航。但这种新中推,其实目前也是处在研制的早期阶段,即使能比涡扇-15更早完成——那也有点远水难解近渴的问题了。

  自从去年“红剑”演习上展示隐身性能之后,部队对于歼-20不说望眼欲穿,至少也是眼巴巴的了——可以说歼-20的大批量生产已是箭在弦上,不得不发。在这种条件下,不管是涡扇-15还是产品30或者117S,现在都是上不了量产歼-20的。就问一句话:你能满足在最近几年内每年数十架,甚至更多的产量,而且可靠性还不能掉链子的需求不?

  所以,说到底,一句话,管他是国发还是俄发,能在规定时间里满足战斗力需求,那就是好发。