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瀚海狼山:WS15第4批次,如何做到推力接近18吨级?

(2020-07-29 11:31:29)
分类: 时事评论
实事求是的讲,F22A的整体设计并不算多么成功。主要表现在空重过大,内油过少,航程严重不足。机身整体过宽而长度不足,不能充分利用超音速性能。采用传统的布局设计,尾翼为了兼顾超音速性能和稳定盘旋能力,设计的面积过大而且远离全机重心。结果就是极为容易在一定飞行包线下造成所谓的飞行员诱发震荡;本质上就是尾大不掉的水平尾翼造成。而又大又沉重的倾斜双垂尾也是被后来的多种新式隐身机直接抛弃的设计。因为既影响横向隐身指标又增加全机自重。就是F35系列也采取了面积更小的双垂尾。而且其他隐身机则采用了自重更小,效率更高的全动垂尾。至于过了7500米高度就缺氧的老梗,这里就不重复了。因此可见F22A并不是崇拜者眼里的那么完美。但是西方航空界一直强调推力够了,板砖都能飞出高机动的理论。相对于对F22A机体设计的各种吐槽。为当时的4代机竞标同步研发的YF119发动机,倒是一直好评如潮。
一直没让各路专家跳出什么大毛病。全面装机后的YF119就成了定型后的F119发动机。那么这种最早大批装机的第4代战机涡扇,又先进在哪里呢?其实如果把现代化的喷气航发拆开来看,无论是涡扇还是涡喷,其内部就像是大大小小十几级的叶片串联构成。实际上现代喷气发动机的原理就是古代的走马灯,只不过是一种复杂几百倍的走马灯罢了。在当代喷气发动机内部层层叶片中,制造材料也是不一样的。一般分为风扇、低压压气机、高压压气机、高压涡轮和低压涡轮等多级。总的来看,分为冷端和热端两部分。冷端就是气流温度还相对比较低的进气和压缩的前端;而热端主要是高温高压的中后段叶片。当代的风扇和压气机部分,一般采用钛合金制造,也有的民航大推力发动机,用复合材料制造主风扇。任何发动机都要遵循牛顿力学的基本规律。战机发动机自然是希望推力越大越好。喷气发动机都是根据反推原理来获得推力。因此要想推力更大,只需要注意两大要素。
这就是单位时间内,向后喷出的燃气的总重量要更多;另外一个就是喷出燃气的总速度要更快。而喷气发动机喷出的燃气总量,首先来源于喷气发动机的空气流量。而F119涡扇发动机和配套的前风扇的直径,非但没有变大,反倒为了特意照顾高空超音速巡航的目的,涵道比和总直径都有所缩小。因此其单位空气流量对比典型的3代涡扇。变化并不大,基本每秒的空气流量都在115公斤到120公斤之间。那么在单位时间内空气流量变化不大的情况下,推力却变大明显。那么只有一个可能,就是其喷气速度更高了。喷气速度更高,根本上来源于4代涡扇的喷气压力更大。而压力变大的主要根源就是涡轮前的温度更高!也就是从燃烧室燃烧后的气流,碰到第一个高压涡轮叶片时的温度,4代大涡扇比3代大涡扇至少提高了200K。3代大涡扇涡轮前温度一般在1850K以下,而4代大涡扇首次超过了2000K。2000K的温度已经接近1800摄氏度。对涡轮盘和涡轮叶片的耐热性和高温下的持久强度都是巨大的考验。目前全球最好的涡轮盘,一般都是粉末盘。也就是用金属粉末在巨大的机械压力下一次成型。而最容易被高温高压和高速气流损伤的涡轮叶片,都是镍基耐高温合金。一说起先进航发涡轮叶片的制造,很多人必提金属铼。


实际上金属铼只是增强这些涡轮叶片耐高温高压的特种添加剂。航发专用铼镍合金中,最多含有6%的铼。因此铼并不能作为制造涡轮叶片的主材,实际主材是镍金属。尤其是没有明显弱点的定向结晶的镍铼合金。F119发动机推力强劲而且经久耐用,关键就是涡轮盘和涡轮叶片都运用了高端材料。不过F119也是分三级跳才实现了17.8吨的最大推力。一开始其试验推力只有14.5吨;第二阶段放宽到16吨;最后才到17.8吨。也就是不断对涡轮前最高温度加码,达到增推的目的。而WS15由于研发时间更晚,更多的运用到了成熟的粉末涡轮盘和单晶叶片技术。尤其是6.5万吨级的模段设备在全球排名第一。因此其涡轮盘和叶片可以长期承受更高的温度。其少量下线的第一批加力推力已经可以达到16.5吨级。超过了F119发动机第二装机批次的水平。现在第4批次可能已下线并装机试飞。已看齐F119增推版18吨级推力。批量装机某20后,必然登峰造极!

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