勇攀高峰————中国国产小涵道比大推力发动机涡扇-10“太行”性能推测

勇攀高峰————中国国产小涵道比大推力发动机涡扇-10“太行”性能推测

老规矩,不扯历史,直接研判性能:

首先,目前我们了解到的WS10研制历程路线有不同的两条:

1.涡扇10(低空大表速喘振无法装机)→涡扇10A(改进问题后装机部分歼11B)→涡扇10B(增推延寿,装机部分歼11B,部分歼10C以及全部歼16,可能装机少量歼20)→涡扇10C(通过可能的缩小BPR,减寿拉涡前等方式大幅增推,歼20专用过渡型号)

2.涡扇10(同上)→涡扇10A(改进叶片后毛病依然存在,在少量装机后再次出现问题,最后仍未正式上机)→涡扇10B(增推延寿,完全消除问题,装备部分歼11B,歼10C以及全部歼16,可能装机少量歼20)→涡扇10C(通过可能的缩小BPR,减寿拉涡前等方式大幅增推,歼20专用过渡型号)

目前,这两条路线均为 网友推测,除了早期喘振问题以外没有任何官方的消息佐证, 因此我们暂时按照我比较熟悉的路线2进行推测(反正不同路线不影响对性能的判断)


那么,我们开始。

首先,涡扇10可以说是一台多国混血的发动机,但这不代表其性能很差劲。

可以明确的是,其核心机主要技术来源为CFM56,也就是F110的核心机

注意高压段就好。

个人认为F110是一款挑不出来什么大毛病的发动机,双支点大鼓筒轴,大轴倾角燃烧室,中介轴承双转子,以及框架清晰的风扇结构,不仅后期改型性能可靠,几家老牌航发所的新发也经常借鉴110的设计。其核心机被涡扇10作为技术来源可以说是好事,甚至比三姨夫的还好(小声嘀咕)



同时,细节设计和优化,大量参考AL31F。涡扇10取得阶段性突破的时间和我们引进三姨夫的时间可以对的上号,同时涡扇10早期的问题和第一批次AL31F如出一辙,而侧卫特色的上置附件机匣在侧卫版31F和WS10上也必有共通。

三姨夫结构,之前在F119篇吐槽过一些小问题


中途说了一下三姨夫压气机和单管燃烧室的一些小问题。


然后,由于其夸张的高空高速性能,涡扇10很可能(或者说必然)和它的老前辈——涡扇6有些渊源。并且,这也是太行之前中国进度最可观的大推涡扇。

图源航发手册 老前辈R.I.P.

小道消息,涡扇6可能是中国高速性能最好的发动机。


最后,对转涡轮受F119启发

华丽!实在是太华丽了!

对转涡轮技术可以减轻发动机重量,并且减小对机身框架的传力,并对推力性能有积极作用,是妥妥的先进航发技术。而在涡扇10之前唯一采用此技术的,就是战机发动机天花板——F119。


然后,我们开始从来自四面八方的蛛丝马迹中,挖掘从原型机到涡扇10C的发展始末。

首先, 在涡扇10刚刚诞生时,台架推力为12.5吨,后期增推为12.8吨 ,之前航发学报有提及,不过图被弄丢了,先欠着吧(悲)

最早的太行,那时候上机还是猴年马月的事,很多问题还没解决

同时AVIC也有相应渠道佐证。

初版规格和AL31F如出一辙吧。

然而,早期的涡扇10由于性能指标不达标而且非常容易喘振,失去了列装的机会,而开始深入改进。

这里说一下喘振的原因。由于发动机接受的来流流动状态恶劣(如附面层导致静压不均,或者前机的尾迹吸入进气道等等)或者叶片共振造成的压气机叶片失速,这导致压气机增压不足,使燃烧室气体反压入压气机进而导致低压气体流入燃烧室后燃烧不充分,再次造成反压,进一步恶化压气机工况,并且由于接收不到新鲜空气燃烧状况恶性循环,而燃烧不充分的高温燃料/空气混合物流经喷口接触外界后会自燃,所以喘振发动机通常会喷火。改进方式除了修改频率/改进进道等头痛医头脚痛医脚的方法之外,主要便为改进叶片形状。

2001年,航发学报突然曝光了中国的“某涡扇机”台架推力, 13200daN ,预计服役时间2005年,这就是脱胎换骨后的 涡扇10A

同时,在之后深圳卫视的一期节目中也以不同的版面展示了这张表格,进一步确定了消息的真实性。

这里需要提一下为什么推力增加了。实际上一个问题得到解决之后,实际上就相当于间接的解放了发动机的性能,于是顺带着产生了相同标准下推力增加的附带效果。

但是,新的太行,还是出了问题。

喘振是涡扇10系列叶片彻底改进之前的问题,而16年10月公开的文章也说明出问题的时间应该在10B服役前,10A上机测试以后。结合沈所后来公开的一篇增推发动机论文来看,此文中的“某涡扇机”就是涡扇10A

这篇文章我现在已经找不到全文了,但是从开头我们就可以得到如下关键点:

1.这是一架侧卫系列战斗机

2.该机在进行“升限飞行科目”

3.在低空大表速加力状态时发生喘振导致碰磨,最后单发停车

可以看到从表速700到1000之间,苏27在200M处稳盘包线有一个大的凹陷,而在3000米时则很小,F15则没有这个问题。原因就是第一批次的AL31F在低空高速下也有喘振问题,所以只能限制推力。不过第二批次开始这个问题便被解决

之前说的三姨夫的相似问题如上。

这说明老太行的问题没处理干净。不过,真正重要的是下图,文章第一次公开了太行系列的推力包线:

文中的推力包线

首先,中美俄的台架推力标准都是0高度,来流速度在0.4到0.6MA左右时的推力(已经比对F100 F110以及AL31F RD33的包线和台架以确认),而我们发现,此发动机的132KN正是出现在0.6M左右,再一次说明这就是涡扇10A。不过台架推力还不是最重要的。真正吓人的,是这张包线展现的离谱高空高速性能。直接看看不出来,我们把31F的包线拉出来对比下:

高下立判

右侧即为AL31F的最大推力包线,我们可以发现, 涡扇10A不仅在高空状态下掉推力的程度比31F明显要小,而且,高速的推力恢复特性远强于31F,其在声速以上的高速状态的多个速度段、多个高度下,最多能比31f多出 20KN以上的推力。

这已经足以说明太行高空高速性能的强大了。

不过无论如何 出现如此程度问题而无法解决的发动机,PLAAF也不会接受。而太行因此也开始了第二轮深入改造。

当然,对于我国锲而不舍的军工人来说 可能还有别的原因。


全文在此。沈所自己发布的,很明显这是个真家伙。

在近40年之后,“太行”终于以一个令人满意的状态,加入了解放军装机发动机的序列。而这就是涡扇10B

从文中得:

1.原发动机进度已经非常理想,符合这一点的只有太行。

2.推力增加12%,主要通过扩大风扇直径,提升吸气量。

13.2×112%≈14.7

14.7×9.8≈143.7(KN)

可以得出, 涡扇10B的台架推力已经达到144KN级别。

坐标深圳卫视,这就是我说的之前提到太行A13200的那一期节目,同时提到了WS10B的中间推力为92KN。

这和深圳卫视的报道完全吻合。

实际上,增推12%并不是一个十分离谱的数据。NPO的AL41F1-117S发动机,推力14吨,主要增推途径便是将三姨夫的风扇直径从905MM扩大到932MM,而4级低压及核心机基本完全一致

14/12.5=1.12

同样是正正好好增推12%,再一次验证了论文中数据的可靠。

因此我们可以十分确定的得出结论: 涡扇10B的台架推力,增大到了144KN。


经业内佬指示 早期13200是目标推力 后期10为了适配苏27降到了12.5吨 也就是说涡扇10就是10A 而10B则为14吨 不过还是那句话 台架远没有包线主要



图源水印,涡扇10B仅论推力的话已经达到了GE132的水平,而该发动机的装机对象只有F15EX和F16V,目前实际装机的也只有后者,普及程度远不如WS10B(当然GE132的重量和寿命指标可能优于涡扇10B)
这里还要提一下,风扇的扩大不代表BPR一定要扩大。同时,实际上高涡前和大总压比,相对来说(相比大BPR)反而会对高速性能造成更负面的影响。原因不具体解释了,大家想一下涡前/压比增高以增推的机理和多数情况下速度越快发动机加力推力越大的原因,大概就能明白。

综上,由于核心机几乎完全一致,其高空高速的特性应该和WS10A十分相似,简而言之就是, 很强。

涡扇10B有两种喷口




10C只装过这种



此图不是WS10,不过可以通过这个大致理解下老喷口的调节方式

第一种,带内调节环的半引射喷口,外层参与调节较少,歼10C/歼16早期批次使用。



第二种,收敛扩散YBBN喷口,有类似EJ200的外衬片。歼16后续批次使用(至今)。

个人认为后期这种更漂亮

华丽!

不过说句题外话,也有后期批次歼16(白头)装前者而早期批次歼16(灰头)装后者的情况。所以不要看喷口辩识飞机/发动机的批次。

应该是全网最早的10C图片

说到涡扇10C,其实最早就被爬墙党拍到了,不过当时包括我在内只认为是换了个喷口所以并没有在意,直到



可以发现喷口结构和老批次涡扇10B相同,不过外层换为锯齿形,外衬也采用了类似F100PW229的碳纤维羽片,增加隐身性

2021年珠海航展上,歼20在换装此发动机后,央视直接官宣“歼20换装中国心”,这时候我们才明白当年那个黑色的喷口根本不是什么换皮。于是又一轮查找之后,招标网出现了这个:

确凿了 涡扇10C的存在。

除此之外所有消息都捂的特别严实,换句话说,没找到。

而很明显,涡扇10C目前只是给歼20装备,那么它的地位很明显: 作为99M1与涡扇15之间满足歼20量产需求的过渡型号。

因此,其一切设计必然是全力向20的目标发动机WS15靠拢,也就是 在允许范围内使用一切应急手段进一步增加高空高速性能,增大推力。

那么我们很容易联想到几种方式:

1.直接堆材料,烧涡轮前温度增加台架推力。


2.在不改变吸气量的情况下缩小涵道比,强化高空高速推力。得益于歼20优秀的内油储量,其对于航程的影响也被降到了最低。

3.改进燃烧室以及加力燃烧室,通过牺牲寿命的方法再次增推。

所以,涡扇10C是一款为了适配歼20而 极度特化的,拥有第五代发动机部分性能的第四代发动机。

我们可以估计一下,涡扇10B军推92KN最大144KN,包线强于AL31F,那么经过如上暴力改装的涡扇10C,推力特性可能已经逼近增推前的的F119PW100(军推105KN最大156KN),但是寿命则大幅下降。


虽然在歼20还没有列装涡扇10C, 也就是只有鳖产三姨夫99M1的时候 ,2017年,AVIC在知乎账号的官方八股里就已经提及了 歼20的超巡能力

这里可能大家不认同三姨夫版20能超巡,不过这主要得益于其优秀的超音速升阻比以及99M1性能实际上略强于AL31F,而升阻比问题具体则涉及到稳盘过载与升阻比×推重比的关系,在此不展开说明。

不过说的很隐晦。

但是在21年10C版歼20公开后,人民日报首次 官宣歼20具备超音速巡航能力:

随后,AVIC也官宣 歼20满足“4S”标准,也就是包括了“Supercruise(超巡)”能力:

而旷日持久的歼20能否超巡问题也终于结束,这一点也足以体现涡扇10C推力指标的大幅提升。

但是,涡扇10C毕竟是一款应急发动机,不能长期作为歼20的主力发动机使用。因此对于我们对于的“峨眉”的需求,依然十分紧迫。


结语

经过了几十年的磨砺,中国航发终于通过不懈想努力造就了涡扇10这一款强大的大推发动机,给了那些不断抹黑中国航空发动机水平的人一次有力的回击。而在可预见的未来,涡扇10及其后续改型也将继续和美国的F100/F110站在同一生态位,挑起中国空军发动机的大梁。而涡扇10的核心机,也将用于中国的大涵道比发动机以及大型燃气轮机(展板40MW,不是GT25000IC)的研制,通过一台发动机打通一整条科技树,填补了中国在军用发动机方面的大片空白。



最后,放个彩蛋,鳖版AETP,2019年航发学报:


最近跟一个航发口的业内人员聊了一下,现在太行保密程度也没那么高了。除了混血那一段前文的方向大体是 正确的 ,但是在有几个数据上有 个位数级别的不准确性

然后,太行 可以说并没有仿制任何一种发动机,其从低压段到喷口,整个是全新的发动机,所以没有这抄一点那抄一点这一说。“仿制有时候比自己造一个还难”,原话。说实话和大佬聊天之后得到的某些信息,比单纯的知道太行台架怎么怎么厉害包线怎么怎么强还要让我高兴,包括不是抄作业这一点。总之,我们的航发马上就要开枝散叶了。

“涉不涉密上面一句话的事。”这也是人家的原话,所以我只说上面这么多,具体的一些东西就不说了。总之,太行很强。


关于小巴10CE的发动机13.2吨,说两句,当统一回复了

一种可能是巴基斯坦标的是静推力,小于台架,或者适配进气道推力,还有一种是猴版,再或者就是10A,当时10A从13.2的目标推力降到12.5就是为了适配侧卫的,而且央视也爆过有的歼10s也装了10a
14吨这个数我是问过所里的人的,靠谱

小巴最新的10C宣传册,加力推力14.5吨,离大谱

编辑于 2023-01-01 00:45 ・IP 属地浙江