航发：开局就是王炸，我们已经不稀罕“弯道超车”了

点击：  作者：军武数据库    来源：今日头条  发布时间:2023-04-14 09:43:19

 

今天的内容很长，耐心看完感觉会很爽

 

还是粉丝的私信，问到“我们的航发真的不行吗？有没有可能弯道超车？”

 

 

今天咱们就来说说W君为什么可以这么有底气的回答，其实所谓的“弯道超车”咱们已经不稀罕了。要说明这个问题我们还得聊聊军用喷气式发动机的“近现代史”。

 

首先，我们要承认航空发动机这个东西被誉为工业皇冠上的明珠，这点是毋容置疑的。但是我们如果从历史的角度上去看，航空发动机并不是一成不变的，而是在不断的发展，也正因为航发在不断的“堆料”的过程中越来越复杂，才渐渐的成为了“工业皇冠上的明珠”。

 

 

换句话说，如果我们把几十年前的航空发动机拿出来放在现在来看，这些航空发动机就已经不是什么明珠了。显然在我们的眼里来看，这些老型号的发动机和村口的拖拉机没有太多的区别，都是一个时代的产物，而且已经严重的落后了。

 

在传统的涡轮喷气式发动机的领域上，现代的航发已经越来越接近发展的天花板而举步维艰了。

 

以目前的航空发动机来看，F-35隐身战斗机上所配备的F135发动机是设计最为优秀的战斗机上使用的喷气发动机（没有之一 ）。

 

 

说下数据，F135发动机在1168.4毫米的直径、5590毫米的长度上实现了124.6千牛的推力，并且可以通过在后燃器中注入燃油进而获得191.35千牛的推力。这种推力的实现可以说是狂暴了。

 

但为什么说F135已经接近了涡轮发动机的天花板呢？咱们从美国的主力航空发动机来聊一下：

 

 

在F-4的时代，F-4上装备的是两台J79涡轮喷气式发动机，注意，涡轮喷气式发动机，并不带有函道风扇。这台发动机的尺寸，直径是992毫米，长度为5301毫米，推力有52.8千牛，加力推力为80千牛。

 

到了F-15的的时代，美军主力的喷气发动机就换成了F110，在F-15、F-16、F-14上都在使用。

 

 

这是一款涡轮风扇式喷气发动机，为了满足推力的要求不得不在涡轮发动机外侧构建涵道利用发动机前端的风扇带动气流提供额外的推力。

 

它是怎么来的呢？其实这款发动机是B-1B轰炸机上的F101引擎的衍生品。

 

 

F101引擎是世界上第一款带有加力燃烧室（后燃器）的涡轮风扇发动机，前面有两级涵道风扇。

 

在F101到F110转变到过程中，这里面美国人玩了一个特别有意思的操作，将F101的两级涵道风扇换成了三级，也就成了F110。

 

加一级风扇效率就大幅度提高了。

 

当然了还有一个相似的例子是Tu-95轰炸机。

 

 

也是在不能继续扩大桨叶直径的前提下，将飞机上的螺旋桨变为两级，这也就是共舟反转螺旋桨的设计了

 

带有三级函道扇叶的F110可以说是当时的创举了。发动机的直径一下子缩小到883毫米但是可以爆发出来73.9千牛的推力，加上点燃后燃器的推力甚至可以达到144.6千牛。其军用推力基本上就可以达到了前一代J79发动机的加力推力。三级函道在当时是一个创举。而且一直影响着后面美国发动机的设计。

 

而到了F-22的时候，F119发动机则是在F110发动机的基础上加大了直径，原因很简单F110已经将883毫米的直径下的发动机的所有潜力榨干了，也正因为这一个举动航空发动机才真的叫做工业皇冠上的明珠。最初这个评价就是来自于F110发动机。

 

而到了F119的时候……这颗明珠的光芒就开始黯淡下来了。

 

到了F135则是在F119点基础上又改进了更新的材料同时加大了发动机的转速，几乎回到了纯涡轮引擎的路子上去。

 

你如果理解这段历史，你就会知道其实F135的设计已经走到头了。

 

那么世界上还有没有比F135推力更大的战斗机发动机呢？其实也是有的，这就是什韦措夫D30发动机。

 

 

推力达到了125千牛，通常两台一起使用，装备在米格-31战机上，使得米格-31如果不加限制的话可以飞到马赫3.2，加以限制可以轻松的在马赫2.83的速度上飞行。

 

只不过这台发动机的直径已经达到了1455毫米的级别，在发动机喷管的位置已经可以绰绰有余的蹲一个成年人了。

 

 

这款发动机我们也有仿制，叫做涡扇-18，但我们没有任何战斗机会使用这么巨大的引擎，我们把它用在了早期型的运-20上。

 

D30其实就是俄式的浪漫了，兜兜转转一圈就又回到了运输机和轰炸机上。

 

现在你基本上已经了解了军用喷气式发动机的“近代史”。如果理解这段故事，就会觉得美国的F135发动机其实也已经走到路的尽头了。

 

那么咱们来聊聊王炸的问题

 

其实和下一代战斗这个概念一样，航空发动机经历了内燃机、涡轮机之后也在面临着换代的概念了。目前最具有呼声的就是冲压发动机。各个国家都在研究利用冲压式发动机替代 传统涡轮风扇发动机的技术。

 

而在这个技术领域内有一款冲压发动机的类型被认为是最适合战斗机的发动机。概念是从1945年就已经开始提出了，这种发动机就叫做旋转爆震式冲压发动机。

 

要了解什么是选择爆震式冲压发动机（RDE）我们还先得简单的说下传统的冲压发动机。

 

 

和“等压燃烧”的涡轮喷气式发动机不同，冲压发动机是“等容燃烧”，并不维持固定的燃烧室压力，燃料和空气的混合物在冲压发动机的燃烧室内直接爆燃“崩”出去。

 

 

这是一些自制的相当简单的冲压发动机，这些冲压发动机叫做脉冲式冲压发动机，有一个很大的特点就是在发动机后部分带有一个长长的管子。其实这也是冲压发动机燃烧室的一部分，冲压发动机将燃料和空气注入到燃烧室内，当燃料被点燃后会产生爆震，爆震波的会迅速的在管道内扩张将整个管道内的燃料和空气混合物点燃。如果管子过短就有两个弊端，第一是总会有一部分空气和燃料的混合物没有燃烧充分造成燃料和推力两方面的浪费，第二则是燃气没有充分膨胀从喷管中喷出后还有大量的内能没有被利用。

 

最好的冲压发动机喷管长度是让燃料恰好烧完、管道内的气压降低到和管道外部的气压相同，气体以惯性而非压力涌出。

 

 

当然了这个东西在不同的状态下是很难依靠一根长度固定的管子来完成的。

 

这也就是为什传统的冲压发动机仅仅是被利用在飞行动作和动力需求比较单一的导弹上，而很难利用在飞机上的原因。

 

 

那么用什么方法可以让冲压发动机能适应更多的工况呢？把管子盘成一个圈嘛！

 

这就是旋转震爆冲压发动机的设计初衷。

 

 

简单的说就是在一个环形燃烧室内喷出燃料，让爆震波围绕着燃烧室旋转，通过改变爆震波绕行的斜率让爆震波可以持续旋转燃烧而且适应不同工况。

 

这件事说起来简单做起来相当难，关键就在于爆轰波和燃烧室内的流场极其不稳定如果以很慢的频率去驱动爆轰波的旋转这种引擎几乎不会产生任何推力，但如果把爆轰波的旋转频率提高，爆轰波又会直接点燃整个燃烧室使燃烧室整体燃烧而破坏掉旋转路径。

 

根据理论计算来说，旋转爆轰冲压发动机爆轰波的旋转速度要达到每秒80圈才可以产生实质性的推力。

 

美国在1945年就开始了这方面的研究，到目前稳定的旋转震爆冲压发动机可以稳定在20圈左右（20Hz），可以产生大约40-50牛的推力。

 

 

而这个实验装置只有3英寸和6英寸的尺寸。

 

日本在这方面也在做积极的研究，它们设计了连续爆震火箭车模型，推力达到了201牛，而工作时间维持了2秒。

 

 

在这项技术的加持下，日本利用旋转爆震冲压发动机研制了S520探空火箭。

 

 

虽然还是单一的飞行工况，但是已经达到了传统火箭的90%的效率。

 

美日所制作的发动机可以说是玩具，说下咱们自己咱们的国防科技大学在2012年发表的论文中已经公布了，旋转爆震发动机在使用氢气燃料的时候单波推力达到187牛顿，双波（同时在燃烧室里产生两条爆轰波）推力达到了808.5牛顿

 

 

同时我国除了国防科技大学在做这方面的研究之外北大、清华、南京理工大学都在开展这种引擎的深入研究。刚刚说到国外的旋转爆震引擎的频率在20Hz，作为对比，国防科技大学的吸气式连续震爆发动机已经实现了8350Hz的连续工作频率。

 

 

在这个频率下已经可以达到旋转爆震冲压发动机理论最大输出的90%功率。

 

 

今年1月24日，清华大学的旋转爆震冲压发动机实现了第一次首飞，和日本的不同，日本的S520燃料和氧化剂都是内部存储，而清华射出这枚则是自然吸气，并不携带氧化剂。

 

虽然现在各个国家都是在实验模型的阶段，但是我们是走在了绝对的前列。

 

 

无论是从研究团队的规模、到最终的研究成果都是国外这些国家望尘莫及的。其实发动机换代带来的提升并不是“弯道超车”，而是切切实实的“降维打击”。

 

从军迷的角度来说，现在只盼着我们的旋转爆震冲压发动机早日走出实验室，一旦真的装在战机上，我们再看传统的使用涡轮喷气发动机的外国战机，也就像是看一战时期的战斗机一样的感觉了，毕竟技术的进步带来的代差差距是碾压性质的。

 

来源：“军武数据库”今日头条号  侵删