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新版歼20疑换新型发动机 大胆挑战单发起降

2014-04-28 08:35    来源:环球军事
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  近日,编号为2011的国产歼-20第四代战斗机的一系列试飞新照曝光。与之前试飞不同的是,2011号歼-20进行了空中放油、单发着陆等新项目的测试,这也使得军迷们的目光聚焦到了歼-20战斗机的“心脏”——发动机之上。一些2011号歼-20高清照片经过放大之后,可以很明显地看到,这架外形经过“大改”之后的歼-20,在发动机上也有值得关注的地方。

近日,编号为2011的国产歼-20第四代战斗机的一系列试飞新照曝光。与之前试飞不同的是,2011号歼-20进行了空中放油、单发着陆等新项目的测试,这也使得军迷们的目光聚焦到了歼-20战斗机的“心脏”——发动机之上。一些2011号歼-20高清照片经过放大之后,可以很明显地看到,这架外形经过“大改”之后的歼-20,在发动机上也有值得关注的地方。

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  从照片中,能直观看得的是2011号歼-20在使用两款不同的发动机进行测试,至少是在外表上,两款发动机的尾喷口在色泽上就有着明显不同。而在最近曝光的歼-31战斗机最新试飞照中,这架国产第二款四代机也采用了两款不同的发动机进行试飞。其实,这并非是歼-20首次出现使用两款不同发动机试飞的情况。早在2013年3月曝光的2002号歼-20试飞照中,细心的网友就发现了两台发动机外观上的细微差别。这也引起了网友们对另外一个问题的——歼-20是否已安装国产发动机的高度关注。

  从最新曝光的2011号歼-20试飞照中,可以看到两台发动机在工作时呈现出“一大一小”的情况,这种现象被称为“大小眼”。歼-20发动机所采用的是可调节的收敛-扩张尾喷管,这种尾喷管的叶片可以随着飞行状态的变化,由马达带动作动筒拉杆,改变喷管临界截面积和出口截面积,使气流尽可能在出口处完全膨胀,达到最有效的推力效果。

  一般带加力的战斗机发动机都采用可调节的尾喷管结构,保证在加力状态下相应地加大喷口。可调节尾喷管在外观上能看得到的就是叶片扩张、收敛的动作,另外内部可能还会有喷管喉部临界截面积的改变,同时调节二者就可以让燃气更好的膨胀加速做功,提高发动机效率。

  在管道中,当高压气体流向低压方向时,会发生膨胀加速,但流体的运动需满足质量连续方程,任意截面流过的质量流量必须相等,所以当截面积变化时,可以让气体在膨胀加速时将尽量多的膨胀功转化为自身动能。不少网友好奇采用可调节尾喷管的战斗机在加速时叶片是收敛还是扩张,实际上分两种情况。

  当发动机内的高压气体速度在当地音速(此时气温、气压对应下的音速)以下时,膨胀时自身加速的速度小于密度降低的速度,所以通过减小流道的截面积以得到尽量高的速度;当气体超过当地音速的时候,情况就不一样了,膨胀时让自身加速的速度大于密度降低的速度,所以为得到更大的速度需要增大流道的截面积。总的来说,就是当出口速度低于当地音速的时候,需要收敛喷管,而当出口速度大于当地音速的时候,就需要先收敛、再扩张。

  不过令网友们好奇的是,2011号歼-20在放油和起降的过程中都始终保持了两个发动机尾喷口一大一小的状态,从这个现象分析,会有以下几种可能。

  1、采用了新型的发动机

  杜文龙大校在接受央视《环球视线》采访时表示,歼-20或换装新型动力系统,可能换用国产“心脏”,全面实现国产化。从外观上看,其中一侧的收敛调节片与俄制AL-31系列发动机相同,AL-31系列发动机的外层收敛调节片采用每两片大收敛调节片夹一片小收敛调节片的结构,在外观上,大收敛调节片和小收敛调节片交错组成圆形的尾喷口。相比之下,“太行”发动机的尾喷口,外层收敛调节片是轮流叠压的结构,各片收敛调节片都首尾相连的部分叠压在前一片身上,尾喷口在外观上是由大小形状一致的收敛调节片组成的。从这点来看,2011号歼-20安装的并不是国产的“太行”发动机。

  也有另一种观点认为,2011号歼-20所用的其中一款发动机可能是最新研制的WS-15型。不过,目前WS-15大推力发动机还处在装机试飞的早期阶段,距离使用至少还要5至7年时间。即使WS-15的研制已经取得重大进展,将一款仍在试验中的发动机安装在正在试飞的新机型上,这么做的可能性不大。

  这么看来,歼-20所采用的发动机可能仍是AL-31系列的改进型号,至于外观上的变化,一种推测认为,在歼-20战斗机的其中一个发动机尾喷管的外侧,可能装备有一个白色的隐身护套,用于降低发动机的辐射热指标。不过更有可能的是,2011号歼-20换装了一台性能更好的发动机。

  2、两台发动机性能差别较大

  从画面中看,2011号歼-20在飞行过程中保持着发动机“大小眼”的状态。一种可能的情况是,两台发动机在推力上差别较大(排出推力差动偏航控制的因素),所以需要通过调节尾喷管叶片以实现推力平衡。这也意味着两台发动机在性能上存在着一定的差别,而从左边旧款AL-31系列发动机叶片收敛来看,右边新发动机的推力应该更大。

  歼-20采用俄制AL-31发动机是一种比较稳妥的策略,毕竟中国在这种发动机的使用上有着丰富经验,但是AL-31FN发动机的推重比仅为7至8之间,而F-22的F-119发动机推重比达到空前的10至11,歼-20要想在性能上与F-22匹敌,就必须配备与F-119同级别的发动机,或者至少装备推重比达到8至9之间的改进型发动机。在试飞中安装两台不同的发动机,也说明中国也在努力为歼-20寻找一款合适的“心脏”。

  3、进行单发着陆测试

  在最新的2011号歼-20起降试飞的照片中,又看到“大小眼”的情况。不过细看可以发现,战机尾喷口所释放的热流,基本集中在右边的发动机一侧。这可能意味着左边的发动机处于停止工作的状态。这种现象会出现在双发战斗机单发着陆测试中,即关掉一台发动机,仅依靠另一台发动机着陆,以应对在战场上可能出现的发动机故障情况。这对战机的发动机性能。整体操控能力和试飞员的驾驶技术都有着极高的要求,且具有很高的危险性。

  由于双发战斗机的两台发动机是水平布置,当一台发动机失去动力时,这一侧的推力丧失,如果不加以控制会出现“跑偏”的情况。若歼-20真是在进行单发着陆测试,可见歼-20在一台发动机的情况下也能进行飞行操作,足以证明这款国产第四代战斗机在性能上的优越表现。

  4、推力差动偏航控制

  还有一种可能就是,2011号歼-20在进行偏航控制的相关实验。这种实验通过解除两台发动机的联动状态,使两台发动机形成不一样的推力——出现“大小眼”,然后再通过战机的飞行控制系统来实现差动偏航控制,以解除两台发动机推力不一致带来的不利状态。

  差动偏航控制对战斗机的机体构造和飞控系统都是巨大的考验,2011号歼-20能做这样的试验,也是证明了该机在气动外形设计上的优越性和战机强大操控性能。

  发动机是战斗机的“核心竞争力”,其性能直接影响战斗机的表现。在2011号机曝光之初,杜文龙大校曾推测,歼-20或进入原型机状态,现正进行地面高速滑行测试。“如果发动机不坏,这种测试是重复测试,没有必要。”他指出,歼-20的2001号和2002号的低速和高速测试已经完成,没有必要再进行测试。他表示,歼-20可能换装了新型动力系统,有可能进行国产“心脏”的完善。

  歼-20“换发”之所以为军迷们所热盼,是因为装备一款专用于第五代战机的国产大推力发动机,意味着歼-20就能能更早实现对超音速巡航、超机动等一些第五代战机特性的测试。不过也应该看到,歼-20的研制也在不断地进步,从2001到2011,从雷达罩到整体“大改”,这款国产四代机正朝着越来越好、越来越强的方向迈步。

责编:陈奕武

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