想換更大推力發動機也不容易,殲20還得做三大改進
在珠海航展的展台上,俄方以AL-41F-1S的編號展出了新蘇35和T50上使用的117S發動機。
在蘇聯解體以後,俄羅斯等原蘇聯國家的軍工企業迫於生存壓力,不得不想盡一切辦法提高自身產品的關注度和吸引力;各種眼花繚亂的編號命名變來變去——比如蘇35等等,也是那個時代留下的印記。
AL-41編號最早是指蘇聯時代開發的新一代發動機,推力和發動機體積重量都要比AL-31高一個級別;後來蘇聯解體,它的開發和應用也停滯了下來。而今天的AL-41,實際上是繼承了一部分老AL-41技術的AL-31大改型號,推力、發動機體積重量都小了一圈,但是技術運用的先進性和成熟度都更高。
在渦扇-15真正成熟以前,117S發動機是中國能獲得的最好的、最可靠的高速發動機。但是要獲得117S帶來的性能提升,殲20也還要進行一些針對性的改進才行;這涉及到結構、進氣道的氣動外形、電傳飛控三個方面。
圖:如果要換117S發動機的話,需要加大進氣道截面
117S發動機提升推力性能的關鍵舉措之一,是它大幅度提升了進氣流量。AL-31發動機在極限狀態下,每秒鐘要吸進112公斤空氣參與燃燒,而117S發動機則提升到了122公斤每秒。為了滿足更大的進氣流量要求,117S發動機必須採用更大進口直徑的風扇,才能壓進去更多的空氣。
圖:換117S的話,後機身包裹發動機的承力結構需要做一些針對性的改進,比如調整位置、大小等等
在出現進口直徑從905毫米提升到932毫米等外形尺寸上的變化以後,117S發動機的安裝設計不可避免與原來的AL31F/FN會有所區別。不過117S原本設計的時候就強調要便於替換AL 31F系列發動機,因此涉及到的機身結構變化並不會很大,是比較容易完成的。
而進氣流量增大帶來的第二個問題,就是相應的飛機進氣道設計要進行調整,重點是在保證隱身性能的前提下,放大進氣道截面,能通過更多的空氣。這在戰鬥機設計上也是很常見的事情,比如使用F110發動機的F16,其進氣道截面積就比裝備F100發動機的F16要大。
圖:殲11B的進氣道調節系統改進不徹底,使得太行的推力不能完全發揮
如果不改進氣道的話,飛機倒是能繼續湊合用,只是那就必須調低發動機流量,使發動機處於性能無法完全發揮的狀態,那麼殲20換117S發動機的意義也就喪失大半了。國內的殲11B在更換太行發動機時,就因為研製單位試圖盡量保留原蘇27sk的進氣道調節結構設計,只重新設計後調節板而前調節板不變,導致進氣道最大截面不足,最後不得不把太行發動機限制流量、調低推力。
圖:矢量推力要實用化,一定要在電傳飛控的綜合化控制下,由計算機自動控制它與其他氣動面良好配合
而最後的一點是,117S發動機具備矢量推力。要發揮出它的能力,殲20必須擴充和修改電傳系統的控制規律軟體,讓矢量噴口的偏轉能夠在各種情況下都與鴨翼、襟翼、副翼、垂尾等氣動面的偏轉,實現良好的相互配合。
殲20的研製單位在氣動和飛行控制上的水平非常紮實,雖然國內之前並沒有矢量推力發動機上實機的經歷,但要完成殲20與矢量發動機的整合對他們並沒有太多的困難。不過另一方面,在試飛的時間上則沒有辦法節省,因此就完成改進的時間來說,可能是三個改進中最長的。
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