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歼-20终换国产新型发动机列装数量按“堆”算技术水平已达新高度

发布日期:2021-11-22 20:07   来源:未知   阅读:

  原标题:歼-20终换国产新型发动机,列装数量按“堆”算,技术水平已达新高度

  珠海航展甫一开幕,国产歼-20隐身战斗机就爆出了两个好消息。先是歼-20总设计师杨伟公开表示,此前七一大庆之时,除了空中展示的15架歼-20之外,地面上还有一堆歼-20。这是继1999年俄罗斯以“打”为单位向中国出售的苏-30MKK战斗机之后,中国航空领域再次出现的新量词“堆”,表明了歼-20的装备数量已经达到了可观的规模。与此同时,官方还正式对外界表示,歼-20已经换装了国产新型发动机(普遍认为是涡扇-10C)。仅仅一天之内,歼-20就在数量和质量上宣告了双升级,不禁让人惊叹于中国航空工业进步之神速。

  事实上,关于歼-20换装新发动机的说法由来已久。早在2021年1月,中国空军发布的招飞宣传片中,就有一架歼-20发动机的尾喷口与之前截然不同,其锯齿裙边的造型,与2018年珠海航展上歼-10B矢量技术验证机的尾喷口高度相似。两者都是喷管后缘呈锯齿状,锯齿边缘的角度也遵循隐身设计中最基本的边缘对称原则,以便于将入射雷达波向特定角度反射,降低战斗机后向的RCS(雷达反射截面积)。同时,锯齿喷管后缘在发动机喷气时,能产生喷气流涡,加速尾喷管排气与冷空气的掺混,能降低约10%的红外辐射强度,这都是隐身战斗机才会使用的典型技术。

  此外,就在此前几天的适应飞行中,流出的歼-20高清图片也展示了发动机尾喷口的变化。如今得到官方的证实,不过是最后一步的确认而已。最重要的是,这意味着歼-20此次换装的新发动机,很有可能是具备矢量喷管的型号,歼-20很有可能在国庆日当天的飞行表演中,使用矢量喷管进行超机动飞行。如果这些能够实现,不仅意味着中国航空工业在涡扇-10项目上付出的30余年努力,终于获得了堪称圆满的结局,还标志着我国航空工业在高性能航空发动机领域的线B矢量技术验证机也是一代传奇

  涡扇-10代号“太行”,是中航工业在90年代初立项的一款大推力航空发动机,其核心来源于80年代从美国引进的民用F101核心机,在当时用于取代落后的涡喷-15,与歼-10配套的项目存在。这种先有整机(歼-10在1986年立项)后有发动机的窘态,也是中国航空工业实力薄弱的一个缩影。由于当时国内在航空发动机领域,只有国际60年代末期的水准,距离F101核心机至少有15年的差距,很多基础研究甚至是在涡扇-10立项之后才展开,因此在歼-10准备首飞时,涡扇-10根本没有达到可用状态,甚至直到2006年歼-10A批量生产时,依然使用俄制AL-31F发动机,就是因为涡扇-10性能不可靠。直到2008年国产歼-11B双发重型战斗机出现,才开始部分换装涡扇-10发动机。

  然而,第一批涡扇-10基本型性能非常不稳定,装配于歼-11B之后,多次出现发动机空中停车、推力不足、喘振和悬挂失速等问题,使得当时装备歼-11B的部队苦不堪言。事实上,一款新发动机在刚开始装备时,出现问题是比较常见的现象,早年美国空军在设计F-15战斗机时,为了应对当时尚未掀开神秘面纱的苏联米格-25,对发动机性能提出了很高要求。担心发动机会出现问题的美国空军,在F-15的早期试飞时,投入大量资源对发动机进行测试。F-15的20架原型机中,有80%都或多或少参与过F-100发动机的定型试验,仅仅在试飞中,预生产和改进型的F-100发动机就生产了87台,总计运行了5750小时以完善性能。即便如此谨慎,在F-15服役早期,其F-100发动机仍然频频出现问题,被迫长时间待在机库维护,因此得到一个“机库皇后”的雅号。此后,不得不通过使用新型材料和优化设计等诸多手段,F-100发动机在1980年才达到稳定状态,这才迎来了F-15的辉煌。

  而中国航空工业的做法也与此类似,是在涡扇-10基本型的基础上,极有耐心地进行改进,当时又恰逢航空工业大爆发的有利时期,因此国内在2012年就推出了名为涡扇-10A的改进型号。对于涡扇-10A,官方的报道是:其生产、装备数量超过400台,广泛应用于歼-11系列战斗机,在前后五年多、持续数万小时的实际使用过程中,涡扇-10A从未因自身设计、性能原因出现安全事故。可以说,自涡扇-10A诞生之后,中国航空工业终于有了一款堪用的国产大推力发动机。

  中国航空工业并未就此止步,在2016年又推出了进一步改进的型号涡扇-10B。从表面上看,涡扇-10B的推力仅仅比涡扇-10A增加了0.2吨,加力推力增加了约1吨,但由于使用了划时代的国产全权限数字控制系统,取代了涡扇-10A的机械液压控制系统,实现了武器、飞行、推进系统的综合一体化控制,设计理念实际上有了质的飞跃。在实际使用中,有效推力至少比涡扇-10A提高了15%,大幅度提高了飞机的作战效能,可靠性及可维护性也有明显提升。最直接地表现就是,涡扇-10B迅速应用于歼-16、歼-10C甚至歼-20隐身战斗机的生产之中。

  就在持续完善涡扇-10的前后,新一代涡扇-15“峨眉”发动机正式立项。正如同从歼-10A到歼-10B,再到歼-10C的过程中,逐步应用来自歼-20的DSI进气道、大口径有源相控阵雷达、先进航电设备等技术一样,从涡扇-10A到涡扇-10B,再到涡扇-10C,也逐步应用了来自涡扇-15的新技术。这样既能充分发掘旧型号的潜力,同时也能减少新型号的技术风险。

  更有趣的是,歼-10A诞生于2006年,四年之后,歼-10B在2010年现身,又四年之后,歼-10C在2014年出现,再四年之后,歼-20在2018年批量生产。而涡扇-10基本型在2008年诞生,四年之后,涡扇-10A在2012年投入使用,又是四年之后,涡扇-10B在2016年性能完善,还是四年之后,涡扇-10C在2020年装备歼-20隐身战斗机(2021年初现身)。照此“规律”来说,涡扇-15出现的时间应该是在哪一年呢?

  中航工业出现这么多的四年,绝不可能是因为时间上的巧合,而是因为目前国内对相关领域技术的掌握和对项目流程的操作已经比较成熟,从设计目标、试验验证、改进与完善,到最终投入生产都有比较稳定的流程,所需要的人才与资源供应渠道也有相应保障,这才会出现多个型号的迭代都有着“稳定”的间隔。正如同性能完善的歼-10C,不过是歼-20诞生的前兆一样,如今涡扇-10C性能的成熟,也应该是涡扇-15即将曝光的风声。可以预见的是,搭载涡扇-15的歼-20隐身战斗机在不久之后,就会出现在国人的视野之中。届时,性能线隐身战斗机,也将线并驾齐驱,彻底解决国产航空工业的心病。

  说过了国产发动机的问题,再来谈谈歼-20生产速度的问题。一般认为,歼-20是在2016年小批量生产,并于2018年进入高速生产阶段。考虑到至今只有约三年的生产时间,而其规模却达到了大约100架的程度,这个速度是相当惊人的,甚至已经超过了美国F-22隐身战斗机的早期生产速度。比较合理的解释是,歼-20在总装时应用了脉动生产线,而且肯定不止一条,否则不可能达到这个速度。

  所谓脉动生产线,也并非特别复杂的技术。早年各国在生产航空飞行器时,都是使用比较传统的“固定站位式装配”,也就是飞机固定在站位上不动,由装配人员依据规划好的技术流程,按相应项目顺序进行安装。但这种生产方式有着非常明显的弊端,那就是各个部门在从仓库中取件以及装配时,会出现大量的重复性操作。举个例子,在安装导航设备时,需要在机体内部敷设相应的电缆,并在敷设完成后测试;等到安装无线电设备时,同样需要敷设电缆,甚至在测试时,由于相互影响,还需要将之前的导航设备一起测试。这种多次出现的重复性工作,使得“固定站位式装配”的效率很低。

  因此,波音公司在90年代末期,利用多元融合信息采集技术,建立了总装线智能感知系统和看板可视化系统,可以对总装人员、组件零件、测试设备和工装夹具等工况状态信息实时采集,并融合处理,以进行合理调度,最终推出了脉动生产线。其典型特征是对所有重复性的操作进行简化,在同一站位一次性安装。由于不同装配动作需要使用的安装设备不同,因此,在这种装配模式下,飞机完成一个安装步骤并检测之后,需要移动到下一个站位,就像人的脉搏一样,偶尔跳动一下,因此叫脉动生产线的脉动生产线

  世界上第一个享受脉动生产线待遇的,是美国陆军的阿帕奇武装直升机,由于波音公司发现脉动生产线的生产效率非常高,因此迅速将其应用到其麾下的一系列民用客机,以及C-17战略运输机、F/A-18E/F舰载战斗机等军用型号。随后,洛克希德马丁公司也意识到这一生产线的优势,并迅速将其应用到F-22及F-35隐身战斗机的生产之中,这也是目前F-35的年生产数量能超过120架的重要原因。

  国内第一条脉动生产线月正式投入使用的歼轰-7A生产线。在大获成功之后,迅速在国内遍地开花,成飞歼-10C、沈飞歼-16、洪都L-15、西飞运-20、陕飞运-9等型号都先后应用了脉动生产线。国内在这一领域研究最深入的,当属浙江大学先进技术研究院,其基于扩展Petri网的飞机总装脉动生产线建模仿真及优化方法研究,是目前公认的国内最高水平。官方在2018年曾公开报道称:浙江大学飞机装配创新团队成功攻克装配连接失效、制孔失准、定位变形三大技术难题,研制了全产权、全配套的飞机自动化装配原创装备,为歼-20、运-20、运-9等九个型号的批量生产提供了装备支撑。这也是官方第一次提及歼-20隐身战斗机应用脉动生产线。

  时至今日,成都飞机制造厂(即123厂)已经为歼-20建立了多条完整的脉动生产线的装备数量来看,目前脉动生产线的数量应该是两到三条。而一般认为,如果没有其他隐身战斗机投入生产,那么我们到2030年,至少需要400到500架歼-20才能保证足够的战斗力,那么现有的脉动生产线数量还是略有不足的。事实上,已经有未经证实的消息称,成飞正在进行新脉动生产线的搭建。相信随着时间的演进,以及歼-20脉动生产线的数量也会达到“几堆”、“十几堆”、甚至“几十堆”的规模。

  遥想十年前歼-20隐身战斗机刚刚首飞时,国内的普遍期待还是在10年内投入使用,生产数量能抗衡美国F-22的187架即可。然而,谁也没有想到,中航工业仅仅用5年时间就完成了整个技术开发,并在2年之后就投入高速生产,这是只有美国航空工业在冷战压力下才有过的恐怖效率,也是我国周围海空域能够享受相对安宁的重要原因。只能说,歼-20不愧是大国重器,而中国航空工业也创造了不朽的传奇。

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