一、F-135型渦扇發(fā)動機(美國)
美國的F135發(fā)動機是基于F-22的F119發(fā)動機的核心機和主要結(jié)構(gòu)研制的。F135發(fā)動機加力推力超過18噸,推重比超過10。其中,用于F-35B的型號不但使用了R79發(fā)動機的技術(shù),還集成了著名的發(fā)動機巨頭羅爾斯·羅伊斯公司的升力系統(tǒng),讓該機能夠?qū)崿F(xiàn)短距起飛垂直降落(STOVL)。
F135,是由美國著名的普拉特·惠特尼公司研制的加力渦扇發(fā)動機,最大推力超過18噸(4萬磅),F(xiàn)135發(fā)動機是基于F-22的F119發(fā)動機的核心機和主要結(jié)構(gòu)研制的。由于美國海軍陸戰(zhàn)隊與英國皇家海軍預(yù)計采用的F-35B戰(zhàn)斗機必須能夠做到垂直起降,因此,F(xiàn)135也可以加上向下彎折的三軸承旋轉(zhuǎn)噴管。但是這個噴管只有在垂直起降的場合使用,可以大大地縮短起飛、降落距離。而其他F-35則不使用這項設(shè)計。
F135使用了F119的核心機,配合高效的6級高壓壓氣機,1級高壓渦輪和高效的風(fēng)扇(由一個2級的低壓渦輪驅(qū)動)。F135采用了BAE系統(tǒng)公司的全權(quán)數(shù)字式發(fā)動機控制系統(tǒng)(FADEC),為了提高發(fā)動機的可靠性和可保障性,F(xiàn)135大量采用外場可替換部件(LRC),其零部件數(shù)量比F119減少了大約40%。F135發(fā)動機是F119發(fā)動機的衍生型。
F135發(fā)動機采用與F119發(fā)動機基本相同的核心機。為提高推力,增加了發(fā)動機的空氣流量和涵道比,提高了發(fā)動機的工作溫度;為了獲得短距起飛和垂直著陸能力,垂直起降型增加了新穎的升力風(fēng)扇、三軸承旋轉(zhuǎn)噴管、滾轉(zhuǎn)控制噴管。其3級風(fēng)扇采用超中等展弦比、前掠葉片、線性摩擦焊的整體葉盤和失諧技術(shù),在保持原風(fēng)扇的高級壓比、高效率、大喘振裕度和輕質(zhì)量的同時,將風(fēng)扇的截面面積增加了10%-20%。6級壓氣機與F119發(fā)動機的基本相同。
安裝了F-135發(fā)動機的F-35也是有史以來,全世界機體厚度最大最粗壯的戰(zhàn)斗機,外號被稱為"。F-35戰(zhàn)機的一個特點就是機體的迎風(fēng)阻力很大,高空的最大飛行速度能達到1.6馬赫左右,這些都是拜F-135發(fā)動機所賜,
二、F-119渦扇發(fā)動機(美國)
美國的F-119型航空發(fā)動機是一款雙轉(zhuǎn)子加力式渦輪扇發(fā)動機,是F-22戰(zhàn)機的指配航發(fā),在不開加力的情況下就可輕松實現(xiàn)超音速巡航,其強大的推力可使F-22具備短距起飛的能力,該發(fā)動機還采用了一定的隱身設(shè)計。
F119低涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,是普拉特·惠特尼公司為美國第四代戰(zhàn)斗機項目研制的先進雙轉(zhuǎn)子加力渦扇發(fā)動機,其設(shè)計目標(biāo)是:不加力超音速巡航能力、非常規(guī)機動和短距起降能力、隱形能力(即低紅外和雷達信號特征)、壽命期費用降低至少25%、零件數(shù)量減少40~60%、推重比提高20%、耐久性提高兩倍、零件壽命延長50%。
在80年代初,確定的循環(huán)參數(shù)范圍是: 涵道比0.2~0.3;推重比大于10;總增壓比23~27;渦輪進口溫度1577~1677℃(1850K~1950K);節(jié)流比1.10~1.15。F119發(fā)動機裝備了美國的F-22戰(zhàn)斗機、YF-23試驗機。
F-119發(fā)動機是世界上最先進的發(fā)動機之一,F(xiàn)119渦輪風(fēng)扇發(fā)動機是雙轉(zhuǎn)子小涵道比加力渦扇發(fā)動機,是采用可上下偏轉(zhuǎn)的二維矢量噴管、偏轉(zhuǎn)角度達20度且推力和矢量由數(shù)字電子系統(tǒng)控制的一種發(fā)動機。最大推力可以達到18噸左右,F(xiàn)-119出色的性能保證了F-22很長時間內(nèi)坐穩(wěn)了世界戰(zhàn)斗機榜首的位置
F119是為美國第四代戰(zhàn)斗機(若按俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)是第五代)F-22研制的推重比10一級的加力式渦扇發(fā)動機,它采用了普惠公司多年的經(jīng)驗和新技術(shù),尤其在結(jié)構(gòu)和性能上代表了已經(jīng)投產(chǎn)的發(fā)動機的最高水平。截至2011年6月,普惠公司向空軍交付了466臺F119發(fā)動機,累計飛行時間超過38萬小時,其中20萬小時是作為F-22的動力裝置。
在F119基礎(chǔ)上,普惠公司再次推出F135,成為美國另一種正在研制中的第四代主力戰(zhàn)機F-35“閃電”II的惟一動力,迄今已經(jīng)交付23臺,累計飛行1000架次、1450飛行小時和110次無缺欠垂直著陸,試飛完好率保持在98%。
因此,F(xiàn)119和F135是今天美國兩種四代機唯一投產(chǎn)的發(fā)動機,成了令普惠公司最值得自豪的事情。2011年5月初,普惠公司把一臺試飛用的F135捐贈給美國國家航空航天博物館。
1983年9月,美國空軍同時授予普·惠公司和通用電氣公司資金各為2億美元,為期50個月的驗證機合同。普·惠公司的PW5000是一種強調(diào)應(yīng)用成熟技術(shù)的常規(guī)設(shè)計;而通用電氣公司的GE37則是一種新穎的變循環(huán)發(fā)動機,其涵道比可在0~0.25之間變化。
此后,這兩種驗證機分別編號為YF119和YF120,并于1986年10月和1987年5月開始地面試驗。經(jīng)過廣泛的地面試驗和安裝在YF-22和YF-23上的初步飛行試驗后,1991年4月,F(xiàn)-22/F119組合被選中。根據(jù)美軍方有關(guān)人士談到選擇F119的原因時說,由于F120技術(shù)復(fù)雜,尚未經(jīng)實際驗證,因而研制風(fēng)險較大,而且變循環(huán)設(shè)計也增加了結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和重量,因此,維修比較困難,壽命期費用比較高。
在選擇發(fā)動機時,主要考慮風(fēng)險和費用兩個因素,而在技術(shù)先進性沒有起到關(guān)鍵作用。尤其是F119已積累3000多地面試驗小時,而且其中1500h帶二元矢量噴管試驗。
在F119上采用的新技術(shù)主要有: 三維粘性葉輪機設(shè)計方法、整體葉盤結(jié)構(gòu)、高紊流度強旋流主燃燒室頭部、浮壁燃燒室結(jié)構(gòu)、高低壓渦輪轉(zhuǎn)向相反、整體式加力燃燒室設(shè)計、二元矢量噴管和第三代雙余度FADEC。此外,還采用了耐溫1070~1100℃的第三代單晶渦輪葉片材料、雙性能熱處理渦輪盤、阻燃鈦合金Alloy C、高溫樹脂基材料外涵機匣以及用陶瓷基復(fù)合材料或碳-碳材料的一些靜止結(jié)構(gòu)。
在研制中,注意了性能與可靠性、耐久性和維修性之間的恰當(dāng)平衡。與F100-PW-220相比,F(xiàn)119在外場可更換件拆卸率、返修率、提前換發(fā)率、維修工時、平均維修間隔時間和空中停車率分別改進50%、74%、33%、63%、62%和29%。在研制中,為滿足提高推力的要求而增大風(fēng)扇直徑,還遇到了風(fēng)扇效率低、耗油率高和低壓渦輪應(yīng)力大的問題。F119在1997年交付第1臺生產(chǎn)型發(fā)動機,裝F119的F-22戰(zhàn)斗機將于2002年具備了初步作戰(zhàn)能力。
參考航空發(fā)動機大國美國及俄羅斯數(shù)據(jù),若要成功研制一款發(fā)動機,往往都是經(jīng)過幾十臺試驗發(fā)動機,且具有成千上萬地面和空中試驗小時堆出來的經(jīng)驗。美國研制F119用了84臺試驗發(fā)動機。俄國研制ali31-f用了51臺試驗發(fā)動機。上不封頂,哪怕是完成地面測試,也需要數(shù)臺試驗發(fā)動機。
三、WS-15發(fā)動機(中國)
中國的WS-15型航空發(fā)動機被稱之為“峨眉”,是中國研發(fā)的一款小涵道比矢量渦扇發(fā)動機,是殲-20戰(zhàn)機的指配航空發(fā)動機。由中國的606/624/614所和113/410/430廠等組織研發(fā),技術(shù)驗證機于2006年就已試車成功,于2014年最終定型,保節(jié)點是在2020年全面完成研發(fā)并裝配殲-20戰(zhàn)機。
WS-15型航空發(fā)動機研發(fā)成功,標(biāo)志著我國在自主研制航空發(fā)動機的道路上實現(xiàn)了歷史性跨越,特別是在研制我國第四代戰(zhàn)斗機的征程上邁出了堅實的一步。2011年中航黎明完成了ws-15驗證機的交付。
從之前中國燃氣渦輪研究院(624所)工作會上獲悉,推重比為9的渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動機的核心機已于2005年7月上旬在臺架運轉(zhuǎn)試車時,各種性能完全達到了設(shè)計指標(biāo),轉(zhuǎn)速推到地面最高轉(zhuǎn)速(換算轉(zhuǎn)速102.2%)。"峨眉"航空發(fā)動機的技術(shù)驗證機在2006年5月首次臺架運轉(zhuǎn)試車成功。2013年3月發(fā)動機完成設(shè)計定型試驗。
中俄早在1992年春天就展開了談判,時間達3年。主要是因為俄羅斯的經(jīng)濟狀況很差,尤其用于軍工科研的經(jīng)費非常少,同時因為在92年明斯克馬丘麗莎會議雅克-141被終止后,R-79發(fā)動機沒有了失去了對象,同時也沒有其他的戰(zhàn)斗機使用此發(fā)動機,所以,"聯(lián)盟"航空發(fā)動機科研生產(chǎn)聯(lián)合體(原圖曼斯基發(fā)動機設(shè)計局)的經(jīng)濟狀況非常差,就是在這種狀況下,1995年6月,中俄簽訂了轉(zhuǎn)讓R-79發(fā)動機生產(chǎn)許可證的協(xié)定。
1996年8月,俄羅斯的"聯(lián)盟"航空發(fā)動機科研生產(chǎn)聯(lián)合體向中國方面交付了R-79發(fā)動機的全套設(shè)計圖紙及技術(shù)資料 ,特別是引進了制造R-79發(fā)動機核心機的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)制造工藝資料。遺憾的是,用于雅克-141的R-79B-300發(fā)動機矢量噴管技術(shù)卻沒有得到。
1998年,亞洲金融危機讓俄羅斯經(jīng)濟再次陷入多重危機,中國此時不僅購買了用于雅克-141的R-79B-300發(fā)動機矢量噴管技術(shù),同時也取得了莫斯科聯(lián)盟航空發(fā)動機科技集團研制的推力為20噸的R179-300發(fā)動機設(shè)計方案和R-79M的設(shè)計圖紙和技術(shù)資料。R179-300發(fā)動機是為垂直起飛殲擊機雅克141研制的R-79V-300發(fā)動機的進一步發(fā)展。
1996年初,江和甫協(xié)同劉大響院士負責(zé)組織"九五"國防重大背景(垂直起降殲擊機的計劃)的預(yù)研項目——某新型渦扇發(fā)動機(以R-79發(fā)動機為基礎(chǔ)進行深度開發(fā))關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研工作。組織完成R-79發(fā)動機的核心機的測繪仿制工作、R-79發(fā)動機的高壓壓氣機、燃燒室、渦輪三大核心部件等比例的測繪仿制工作。
624所在取得了莫斯科聯(lián)盟航空發(fā)動機科技集團研制的推力為20噸的R-79-300發(fā)動機設(shè)計方案和R-79M的設(shè)計圖紙和技術(shù)資料后, 研制了YWH一30-27核心機。YWH一30-27核心機就是以R-79發(fā)動機核心機為基礎(chǔ)進行深度開發(fā)的。CJ-2000是以YWH一30-27核心機為基礎(chǔ)進一步開發(fā)的,WS-15是CJ-2000的型號研制的代號。
我國研發(fā)了最先進的渦扇-15發(fā)動機,其推力將達19噸,推重比達到10左右,性能將接近美軍F35的F135發(fā)動機。盡管國產(chǎn)發(fā)動機的材料和工藝較美國仍有很大差距,但能在推力和推重比等關(guān)鍵指標(biāo)方面趕上美國先進水平已十分不易。如果從90年代項目全面啟動來看,國產(chǎn)發(fā)動機用30年時間事實上打了一場漂亮的翻身仗。未來隨著渦扇-15不斷成熟,殲-20將徹底告別“心臟病”的困擾。
長久以來
,國產(chǎn)發(fā)動機的推重比一直上不去,一個是材料問題,另外一個是設(shè)計和加工的問題。北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室之前表示,具有中國獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代航空航天發(fā)動機用材料、高溫高性能高鈮鈦鋁合金材料將步入產(chǎn)業(yè)化階段。新型合金可提高渦扇葉片的耐高溫能力,同時能夠提高發(fā)動機進氣口溫度,添加發(fā)動機推力。相比歐美日本等國家用的鎳基耐高溫合金,中國研制高鈮鈦鋁合金耐高溫密度超過一半,更加關(guān)鍵的是,由于高鈮鈦鋁合金的密度低一半,能夠大大減輕發(fā)動機的重量,從而極大提高了發(fā)動機的推重比。
四、AL-41渦扇發(fā)動機(俄羅斯)
俄羅斯的AL-41第五代航空發(fā)動機,是留里卡土星公司的產(chǎn)品,已成為俄羅斯第五代戰(zhàn)斗機通用的發(fā)動機,該發(fā)動機的發(fā)展基礎(chǔ)是留里卡設(shè)計局開發(fā)的AL-31系列,1985 年開始研制, 總設(shè)計師是車金博士。
AL-41第五代航空發(fā)動機是一款俄羅斯為當(dāng)時新型戰(zhàn)斗機設(shè)計的渦扇發(fā)動機。其早期型號AL-41F1A是由AL-31F發(fā)動機發(fā)展而來,即為AL-31的117S型,用于蘇-35BM和PAK-FA的早期原型機T-50。而后期真正的AL-41F具備了全新的內(nèi)核,最初是為米格1.44設(shè)計的,將用于之后的俄羅斯五代機PAK-FA。
AL-41是俄羅斯土星公司從上世紀(jì)80年代開始研制一款五代機通用型航發(fā),前型為AL-31系列,從當(dāng)前俄羅斯官方披露的性能數(shù)據(jù)來看,AL-41無論是從加力還是推力都要優(yōu)于美國的F-119型,最大的短板就是壽命僅為后者的40%左右。
俄羅斯第四代半戰(zhàn)斗機蘇-35S戰(zhàn)機采用了全新的航電系統(tǒng),其機載雷達是雪豹無源相控陣?yán)走_,據(jù)稱這款雷達的作用距離約350-400公里,在對空模式下,可以同時跟蹤30個空中目標(biāo),并且同時攻擊其中8個;對地攻擊時,可以同時精確攻擊4個地面目標(biāo)。據(jù)稱這款雷達也是目前作戰(zhàn)性能最強的無源相控陣?yán)走_。可以說蘇-35S也是目前俄羅斯空軍現(xiàn)役戰(zhàn)機中最先進的機型。
蘇-35S戰(zhàn)機另外一個特點是裝備兩臺AL-41F1S渦扇發(fā)動機,這款發(fā)動機單臺最大推力約86千牛,最大加力推力約142千牛。這款發(fā)動機曾經(jīng)計劃裝配米格1.44戰(zhàn)斗機,后來這款發(fā)動機開始配裝蘇-35S戰(zhàn)斗機和早期的蘇-57戰(zhàn)斗機。
五、WS-10B發(fā)動機(中國)
WS-10B型發(fā)動機是在“太行”發(fā)動機核心機的基礎(chǔ)上進行重構(gòu)升級,融合了俄羅斯AL-31系列發(fā)動機的部分設(shè)計理念,總計突破100余項核心技術(shù),當(dāng)前已開始大批量投產(chǎn),主要裝配在中國的殲-10系列、殲-11B和殲-20(技術(shù)驗證)等戰(zhàn)機上。
殲-10B的高機動性能,得益于WS-10B太行矢量發(fā)動機輸出源源不斷的強勁動力,推力可達13.5噸以上,除了裝備殲-10B戰(zhàn)機以外,也非常適合殲-11BS、 殲-16 這類多用途機型, 加速時間不須太苛刻,但上下推力值大,可靠性非常高。 一般認為WS-10B性能更優(yōu)異,畢竟是一款矢量發(fā)動機,通過尾噴管偏轉(zhuǎn),利用發(fā)動機產(chǎn)生的推力,獲得附加的控制力矩,實現(xiàn)飛機的姿態(tài)變化控制。因此,殲-31一旦裝備WS-10B矢量發(fā)動機,機動性能將更加突出,
對于WS-10,之前全國政協(xié)委員、殲-15艦載機總設(shè)計師孫聰在接受中新社記者采訪時透露,"我們讓外界震驚的不僅是技術(shù),還有速度。"孫聰介紹說,"目前,殲-15采用的是WS-10,是國產(chǎn)發(fā)動機,根據(jù)載彈量的不同,作戰(zhàn)半徑可達到1000公里左右,在火控雷達、制導(dǎo)導(dǎo)彈等方面也取得較大進步,各項指標(biāo)已達世界第三代艦載機水平。"
六、AL-31FN渦扇發(fā)動機(俄羅斯)
AL-31FN型航空發(fā)動機是上世紀(jì)70年代研制的,其前身為AL-21F,是俄羅斯當(dāng)前出口量最大、裝配最廣泛的一款三四代戰(zhàn)機的通用型發(fā)動機,主要裝配在蘇-27、蘇-30、蘇-35等系列戰(zhàn)機上。AL-31F的結(jié)構(gòu)形式是雙轉(zhuǎn)子加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。推力范圍:加力12250daN,中間7620daN。每臺價格300萬美元。
蘇-27系列飛機是當(dāng)今世界上典型的第三代殲擊機,自問世以來,曾經(jīng)創(chuàng)造了快速爬高的多項世界紀(jì)錄,尤其是普加喬夫駕駛的蘇-27飛機還首創(chuàng)了著名的高難度"眼鏡蛇"機動飛行動作。俄媒稱,俄羅斯戰(zhàn)略與技術(shù)分析中心專家瓦西里·卡申曾經(jīng)指出,AL-31FN由用于裝備蘇-27/30雙發(fā)重型戰(zhàn)斗機的AL-31發(fā)動機發(fā)展而成,是俄方專門針對中國空軍最新型的殲-10單發(fā)戰(zhàn)斗機研制的。他表示,殲-10是中國自行研制的第一種第四代戰(zhàn)斗機,堪稱中國航空工業(yè)的驕傲。
AL-31F發(fā)動機,無疑是一臺十分優(yōu)秀的第四代軍用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,由于它在蘇-27及其改進型蘇-30MK、蘇-33和蘇-35等型號上的采用,因此,該型號的改進型發(fā)動機即使到了2015年左右依然能夠在國際軍機發(fā)動機市場中占有一席之地,并且AL-31F系列發(fā)動機在國際市場上將具有較強競爭力。
作為全球第四代發(fā)動機,AL-31F依然有多項參數(shù)指標(biāo)不盡如人意。為適應(yīng)21世紀(jì)的戰(zhàn)爭環(huán)境,早期的AL-31F發(fā)動機已非改進不可,尤其是推重比和啟動機的啟動海拔高度偏低是它最主要問題。
據(jù)業(yè)內(nèi)資深人士分析,要提高AL-31F的推力等級,需采取:一是提高風(fēng)扇通氣流量;二是提高渦輪前的進氣溫度;三是改善燃燒室組織燃燒的質(zhì)量,擴大穩(wěn)定燃燒的工作范圍;四是改善渦輪冷卻氣流控制系統(tǒng)等技術(shù)途經(jīng)。
七、EJ-200渦扇發(fā)動機(英國)
EJ200渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,是歐洲四國聯(lián)合研制的先進雙轉(zhuǎn)子加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,用于歐洲聯(lián)合研制的90年代戰(zhàn)斗機EFA(現(xiàn)編號EF2000)。參加研制工作的有英國羅·羅公司、德國發(fā)動機渦輪聯(lián)合公司、意大利菲亞特公司和西班牙渦輪發(fā)動機工業(yè)公司,它們各占份額33%、33%、21%和13%。1985年8月,先由英、德和意大利三國集團發(fā)起EFA計劃,同年9月西班牙加入該集團。1986年12月,負責(zé)EJ200發(fā)動機研制的歐洲噴氣渦輪公司(Eurojet Turbo GmbH)在慕尼黑注冊。1988年11月簽訂發(fā)動機研制合同,同時首臺EJ200設(shè)計驗證機在德國慕尼黑運轉(zhuǎn)。
1989年12月,三臺設(shè)計驗證機共積累運轉(zhuǎn)650h,達到設(shè)計驗證機要求。1991年10月EJ200原型機首次運轉(zhuǎn)。計劃將制造20多臺原型機用于地面和飛行試驗。
EJ200發(fā)動機可能的用途有: 垂直/短距起落歐洲戰(zhàn)斗機2000、"狂風(fēng)"戰(zhàn)斗機改裝、F/A-18、意大利馬基航空公司與巴西航空工業(yè)公司合作研制的AMX、"陣風(fēng)"、巴基斯坦的F-7和印度的LCA戰(zhàn)斗機。
EJ-200型航空發(fā)動機研發(fā)于上世紀(jì)90年代,除了裝配在EF-2000戰(zhàn)機上,還適用于“狂風(fēng)”、F/A-18、陣風(fēng)等戰(zhàn)機,是歐洲當(dāng)前的主流發(fā)動機之一。
八、M88渦扇發(fā)動機(法國)
M88型航空發(fā)動機采用了三維設(shè)計技術(shù),分為21個模塊設(shè)計,十分有利于快速更換和維修,當(dāng)前已裝配在了“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機上,是法國航空航天較為自豪的高精尖產(chǎn)品之一。
M88是為滿足90年代多用途戰(zhàn)斗機研制的一種先進雙轉(zhuǎn)子加力式渦扇發(fā)動機。M88方案研究研發(fā)開始于70年代末。1983~1986年第1階段核心機試驗時,渦輪進口溫度為1427℃,1987年第2階段核心機試驗時達到1577℃。
M88-2于1989年3月開始地面臺架試車。1990年2月,在"陣風(fēng)"D上與一臺F404混裝進行飛行試驗,1992年第三季度完成生產(chǎn)型發(fā)動機定型試驗。計劃于1996年交付生產(chǎn)型發(fā)動機。
整個研制計劃包括5500地面試驗小時和4000飛行試驗小時,研制費用為16億美元。按照飛機任務(wù)要求,在循環(huán)參數(shù)選擇上采用盡可能高的渦輪進口溫度、中到高的總增壓比和中等涵道比。采用的新技術(shù)主要有三維有粘葉輪機氣動計算方法、單晶渦輪葉片、粉末冶金渦輪盤、樹脂基復(fù)合材料(PMR-15)外涵機匣、陶瓷基復(fù)合材料噴管調(diào)節(jié)片和余度式全權(quán)數(shù)字式電子控制系統(tǒng)。
與阿塔9K50相比,M88-2長度短40%,重量輕45%,推重比高88%。初始故障間隔時間100~150h。
法國的戰(zhàn)斗機和攻擊機裝備的發(fā)動機,長期以來都是單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。尤其是“阿塔”系列渦噴發(fā)動機幾乎一統(tǒng)了當(dāng)時法國開發(fā)的所有戰(zhàn)斗機、攻擊機和轟炸機的動力系統(tǒng),即使是“幻影”2000上的M53渦扇發(fā)動機,也有著“超級阿塔”的別稱。
事實上,單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)發(fā)動機高、低壓段的轉(zhuǎn)速只能取一個中間值,不能取相應(yīng)的優(yōu)化轉(zhuǎn)速,涵道比也不能過大。假如涵道比過大,其帶來的后果將是加力比小而加力推力不大。
九、WS-13發(fā)動機(中國)
WS-13發(fā)動機被稱之為“天山”,是在RD-33的基礎(chǔ)上由中俄聯(lián)合設(shè)計研發(fā),推重比為14,壽命2400小時,主要裝配在中客ARJ21、中運等機型上。
中國自主研發(fā)的第四代中推渦扇發(fā)動機WS-13,其最大加力推力達到了86KN,基本上領(lǐng)先俄制RD-33發(fā)動機。若大修時間和油耗能夠進一步降低,這款發(fā)動機的性能有望達到了M-88和EJ-200的標(biāo)準(zhǔn)。
十、RD-93渦扇發(fā)動機(俄羅斯)
俄羅斯的RD-93渦扇發(fā)動機由克里莫夫公司研發(fā),可達到在近17000米的高空實現(xiàn)2000公里以上的時速,是俄羅斯大批投產(chǎn)的航空發(fā)動機之一,其壽命為2000小時,主要裝配在米格-29系列戰(zhàn)機上。
RD-33是第一種量產(chǎn)型發(fā)動機,使用于MiG-29和MiG-29UB雙座教練型上。第一代于1976年開始出廠遞交飛機公司。第一代RD-33的翻修間隔(Time Between Overhall,TBO)為300小時,第二代之后提高至1600小時,第三代將可以達到2000小時。
RD-33改良型,提升了渦輪前的燃燒溫度,同時也提高了推力輸出。使用在MiG-29K與MiG-29M上。
全球五大發(fā)動機巨頭
全球五大航空發(fā)動機生產(chǎn)商分別是美國通用電氣、英國羅爾斯·羅伊斯和美國普拉特·惠特尼、法國賽峰、德國MTU。
1、通用電氣:英文簡寫GE,是全球最大的綜合性動力和設(shè)備制造商,它的發(fā)動機以可靠性強、性價比高而著稱,歷來被業(yè)內(nèi)認為是“最好”的發(fā)動機,比如世界上單臺引擎推力最強的民航發(fā)動機GE90、最優(yōu)越的民用引擎CF6-80C/E、最強大的渦輪軸發(fā)動機CT7-8系列都是GE的杰作,值得一提的是,使用廣泛的波音737使用的CFM56發(fā)動機也是GE牽頭研發(fā)的。
2、羅爾斯·羅伊斯:也是勞斯萊斯,英文簡寫RR,是全球渦扇發(fā)動機領(lǐng)域里僅次于GE的品牌,是英國主導(dǎo)的國際型企業(yè)。它的發(fā)動機市場占有率也相當(dāng)高,包括波音787使用的低噪音發(fā)動機“遄達”1000系列、世界上噪音最小的客機產(chǎn)品A330/340系列使用的“遄達”500/700系列都是RR的杰作,號稱世界最先進中型直升機的AW101使用的RTM332也是RR的產(chǎn)品。
3、普拉特·惠特尼:簡稱普·惠,英文簡寫PW,是全球著名的直升機用渦輪軸發(fā)動機、民航及軍用渦槳/渦扇發(fā)動機制造商。比如F-16的標(biāo)配動力之一就是PW的,目前世界上最領(lǐng)先的6噸級中型直升機AW139使用的發(fā)動機和我國武直-10目前使用的PT6C-67C都是PW的產(chǎn)品,我們的最先進的支線客機新舟600的引擎也是普惠的技術(shù)。
4、法國賽峰:法國賽峰集團是世界一流的航空發(fā)動機和設(shè)備制造商,擁有四大核心專業(yè): 航空航天推進,航空航天設(shè)備,防務(wù)-安全和通訊,用于民用及軍用市場的飛機、直升機、導(dǎo)彈、航天推進器及其設(shè)備。賽峰集團參與了世界上許多大型航空航天項目,且通過獨立開發(fā)或進行合作均位居全球或歐洲的領(lǐng)先地位,其麾下的斯奈克瑪公司承擔(dān)了歐洲阿麗亞娜1-5型火箭及液體助推器所用推進系統(tǒng)的設(shè)計和研制工作。
賽峰集團長期處于“全球航空航天100強排行榜”前15名的位置,現(xiàn)在是僅次于美國聯(lián)合技術(shù)(UTC)、GE航空集團的全球第三大航空航天設(shè)備供應(yīng)商。而且從這十多年來的發(fā)展看,它就像是法國的“聯(lián)合技術(shù)(UTC)”一樣。賽峰集團目前主要有六大板塊業(yè)務(wù),最主要的是飛機發(fā)動機制造,其主力是與GE的合資企業(yè)CFMI。CFMI已成長為世界一流的渦扇發(fā)動機制造商。事實上,斯奈克瑪(SNECMA)在航空發(fā)動機領(lǐng)域?qū)嵙κ謴妱拧S绕涫?966年推出的奧林巴斯593發(fā)動機世界一流水平。賽峰集團掌握著光電、航電、導(dǎo)航、電子及關(guān)鍵性軟件領(lǐng)域的尖端技術(shù)。賽峰集團研發(fā)并銷售用于瞄準(zhǔn)鏡、潛望鏡、紅外攝像儀以及多功能望遠鏡的陀螺穩(wěn)定裝置,并提供世界領(lǐng)先水平的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。賽峰擁有全球領(lǐng)先的技術(shù),包括指紋識別、虹膜識別、面部識別等生物識別技術(shù)。
5、德國MTU:MTU為德國戴姆勒-奔馳集團屬下公司,是全球領(lǐng)先的柴油發(fā)動機制造商,其柴油發(fā)動機功率從35kw-9000kw,廣泛用于艦船、重型汽車和工程機械、鐵路機車。德國MTU作為陸用、水用和鐵路推動系統(tǒng)以及發(fā)電設(shè)備引擎的供應(yīng)商,MTU以其領(lǐng)先的技術(shù)、高可靠性的產(chǎn)品以及一流的售后服務(wù),在世界范圍內(nèi)享有盛譽。
MTU一向以輸出功率大、效率高、體積小并且經(jīng)久耐用而聞名于世,但其偏高的價格也限制了MTU的產(chǎn)品絕大部分只應(yīng)用在軍艦、坦克、核電、運輸船、鐵路機車等要害領(lǐng)域。目前,世界上絕大部分主戰(zhàn)坦克使用的都是MTU系列柴油機,比如"挑戰(zhàn)者"2E,豹2系列。
美國通用最大特點是軍民并舉。通用航空發(fā)動機制造業(yè)務(wù)規(guī)模最大、利潤最高。尤其在營收規(guī)模上擁有絕對的優(yōu)勢,通用是目前全球規(guī)模最大的航空發(fā)動機制造商。通用的主力拳頭產(chǎn)品是各種發(fā)動機。通用在軍用發(fā)動機上占據(jù)不可替代的地位;在民用發(fā)動機領(lǐng)域通用一騎絕塵,通用獨占全球55%的市場份額,在燃氣輪機上實力十分強勁,值得一提的是,LM2500是通用的另一個王牌,并且成為西方國家乃至全球最成功的艦用發(fā)動機,裝備了至少29個國家的軍艦。
由于航空發(fā)動機業(yè)務(wù)和譜系最為廣泛,覆蓋了美國大部分軍機及民機。全部幾乎覆蓋了美國空軍所有三代的戰(zhàn)機、轟炸機、攻擊機、武裝直升機,同時還覆蓋了海軍大部分非核動力主力戰(zhàn)艦。F404裝備在美國艦載機主力F-18系列飛機上,還有聞名遐邇的B2隱身轟炸機上的發(fā)動機。其唯一的空白,在美軍四代機領(lǐng)域。
全球超過大半的民用客機是嚴(yán)重依賴通用發(fā)動機的,無論是商用航空還是通用航空。通用單臺引擎推力最強的GE90,它是波音主力777的動力,其中,CF34廣泛用于各個型號的支線飛機和公務(wù)機,而CF6-80C/E是最優(yōu)越的民用引擎,CT7-8系列是最強大的渦輪軸發(fā)動機。
英國羅羅最大特點是以民用為主。英國羅羅70%的業(yè)務(wù)是航空發(fā)動機制造。在世界航空發(fā)動機市場上,它的市場占有率僅僅次于美國通用。
羅羅拳頭產(chǎn)品是提供寬體客機動力。是全公司的主力拳頭產(chǎn)品。羅羅在航空發(fā)動機制造中,民用業(yè)務(wù)占比曾高達75%,收入占比曾長期保持在50%左右,它80%的訂單為遄達系列,而防務(wù)收入僅在15%~20%之間。
羅羅是全球干線客機發(fā)動機市場的大鱷之一,它獨立研制的RB211系列三轉(zhuǎn)子發(fā)動機是現(xiàn)如今最成功大型民用航空發(fā)動機系列之一,尤其與普惠等聯(lián)合研制的V2500發(fā)動機是空客A320系列發(fā)動機市場的強力競爭者。
實際上,羅羅弱點同樣也不少,比如在波音787飛機上,2019年1月至2020年1月的訂單中,其中羅羅發(fā)動機僅22架,而通用高達46架。
羅羅已退出了單通道飛機的競爭,主要放在雙通道飛機市場。值得期待的是,羅羅現(xiàn)正在大力投資新的齒輪式傳動型寬體客機發(fā)動機。
美國普惠最大特點是以軍用為主。普惠是以活塞式航空發(fā)動機起家的,并且與美國航空工業(yè)一起成長,是世界上最重要的軍民用航空發(fā)動機設(shè)計制造維護商之一。
普惠航空發(fā)動機以軍用為主。至今依然是美國的主要國防承包商之一,幾乎“壟斷”著美國軍用航發(fā)市場。普惠擁有近2.2萬臺軍用發(fā)動機在22個國家服役,稱之為最強軍用航發(fā)。在軍用小涵道比渦扇市場,GE始終被普惠壓制。它的軍用動力產(chǎn)品尤其以F100和F119發(fā)動機為代表,并且是F-22和F-35戰(zhàn)機的唯一動力供應(yīng)商。
普惠在商用航空發(fā)動機市場極具活力,重要標(biāo)志是PW4000,使用機型包括空客A300、A310 、A330和波音的747、767、777。值得一提的是,它在高涵道比民航市場被通用及CFM國際公司力壓。
法國賽峰最大特點是品種均衡。賽峰最主要業(yè)務(wù)同樣是飛機發(fā)動機制造。大約占集團營業(yè)額的60%,它主要依靠與通用在上世紀(jì)70年代成立的合資公司。該合資公司推出的CFM56和新一代LEAP系列發(fā)動機,訂購勢頭十分良好,并且在單通道商用發(fā)動機領(lǐng)域大出風(fēng)頭。
法國賽峰旗下斯奈克瑪?shù)闹鳡I產(chǎn)品M88發(fā)動機屬于獨立自主研制的,被用于陣風(fēng)戰(zhàn)機,另一個代表作則是配備幻影2000戰(zhàn)機的M53發(fā)動機,據(jù)息,賽峰與羅羅合作美洲虎攻擊機,并且得到了單晶渦輪葉片技術(shù);它還與通用合作,獲得了F101發(fā)動機核心機的技術(shù)。
賽峰是全球航空發(fā)動機第四大制造商。無疑與三大巨頭的差異和距離明顯,賽峰更像是航空發(fā)動機分系統(tǒng)提供商。賽峰業(yè)務(wù)范圍甚至比通用都要廣泛。因為法國賽峰的民用、軍用發(fā)動機都有,而且含渦扇、渦軸、航空部件,甚至還有火箭發(fā)動機業(yè)務(wù),各自獨立且彼此均衡。發(fā)動機產(chǎn)品基本覆蓋了各個細分市場,尤其涉及到軍用運輸機、戰(zhàn)斗機、直升機、教練機的動力裝置。法國賽峰正由于廣泛、均衡的鮮明特點使得其整體業(yè)務(wù)不那么突出,特別是缺少獨立研發(fā)的大推力渦扇發(fā)動機這一類的主力拳頭產(chǎn)品,在獨立研制的整機產(chǎn)品上也是屈指可數(shù),無疑在歐洲擁有羅羅、美國擁有通用及普惠大背景之下,法國依然保持著自己的國家軍事工業(yè),利用發(fā)動機維持著陣風(fēng)四代機,戰(zhàn)略定位十分清晰。
德國MTU最大特點是專攻子系統(tǒng)。德國MTU是航空發(fā)動機公司而并非做整機制造。因此,是一個地道的航空發(fā)動機子系統(tǒng)供應(yīng)商。MTU經(jīng)常被稱作全球第五大航空發(fā)動機公司,但它的業(yè)務(wù)主要是選擇與三巨頭等合作,用以提供解決方案或入股等方式參與各種全球項目,比如世界上30%的航空發(fā)動機就有MTU公司生產(chǎn)的組件。
MTU不管是在低壓渦輪、高壓壓縮機、渦輪機匣等關(guān)鍵零部件上,還是在制造工藝、修理技術(shù)上,都是行業(yè)中的佼佼者,德國MTU為大量商用和軍用航空發(fā)動機提供著不可或缺的服務(wù)。即使美國發(fā)動機巨頭普惠在遇到壓氣機難題時,通常也會去找MTU來解決。
在商用發(fā)動機的維修行業(yè),德國MTU是MRO(保養(yǎng)、修復(fù)和檢查)服務(wù)的全球最大獨立供應(yīng)商,它為多種不同發(fā)動機提供修復(fù)解決方案。其中最典型的是,由于其為國際航空發(fā)動機公司(IAE)推出的V2500發(fā)動機提供保養(yǎng)和修復(fù)服務(wù),由此成為了空客A320飛機家族發(fā)動機的全球最大供應(yīng)商。
至2019年,V2500發(fā)動機已向歐洲空客交付了超過7000臺,就憑借這個訂單,MTU完全可以吃上二三十年也沒有問題。德國MTU在2019年創(chuàng)下了營收和利潤新紀(jì)錄。其中營收達到46億歐元,而MRO收入達到27億歐元,其主要來自于V2500發(fā)動機和GE航空公司的CF34發(fā)動機。
綜上所述,全球發(fā)動機三巨頭——通用、羅羅、惠普處于全球航空發(fā)動機制造第一梯隊。三巨頭幾乎控制了全球大型民用航空發(fā)動機的核心技術(shù)研發(fā)、總裝集成、銷售及客戶服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈。并且它們在民用發(fā)動機方面各具優(yōu)勢。英國羅羅盡管沒有窄體機動力,但在雙通道飛機以及公務(wù)機上卻是世界領(lǐng)先的;而美國普惠以及CFM國際公司則在單通道干線飛機、渦槳飛機上完全占據(jù)優(yōu)勢。
值得一提的,英國羅羅和普惠所涉及的領(lǐng)域還比較單一、布局還相對狹窄,在業(yè)務(wù)整體上都不敵美國通用。美國通用無論民用上還是軍用上都占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。英國羅羅與美國普惠如果整合在一起才能夠與通用分庭抗禮,改變現(xiàn)有全球航空發(fā)動機制造格局,事實上,但這種情況很難出現(xiàn)。
法國賽峰和德國MTU處于第二梯隊。這2家巨頭都在各自的技術(shù)領(lǐng)域同樣具有很強的實力,但它們與三巨頭往往是競爭少、合作多,也突顯出了其在全球航空發(fā)動機市場上地位相對比較低,只能在第一梯隊的巨大壓力下存活而已。
全球五大航空發(fā)動機制造商座序早已排定,在全球的發(fā)動機市場地位短時間內(nèi)難以憾動。
編輯:黃飛
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