中國航空發動機不給力 只因當年揮刀自宮

科普中國        



　　渦扇發動機是在渦噴發動機的基礎上發展而來的——在普通人看來，渦扇發動機就像是由一個風扇和裡面的核心機組成的。而高壓壓氣機、主燃燒室、高壓渦輪是是核心機的三大部件。高壓壓氣機的作用是將空氣源源不斷的送進發動機，並將空氣加壓，使發動機獲得充足的氧氣，在將空氣抽進發動機的同時，也會獲得空氣的反作用力，進而產生一小部分推力。主燃燒室高壓空氣和燃料混合燃燒的地方，產生的高溫高壓燃氣一方面推動渦輪的運轉，而渦輪通過軸承連接驅動風扇和高壓壓氣機工作，另一方面高壓燃氣經過尾噴管噴出后產生推力。

　　與渦噴發動機不同，渦扇發動機還有一個概念，那就是涵道比。



　　涵道比是指渦扇發動機的風扇空氣流量與核心機的空氣流量的比值。也就是經過外涵道和內涵道的空氣流量的比值。大涵道比渦扇發動機油耗低、雜訊小，迎風面、被彈面、雷達反射面積偏大，因而適合做民航發動機。小涵道比渦扇發動機加力推力大，推重比大，迎風面、被彈面、雷達反射面積偏小，因而適合做戰鬥機發動機。

　　在上世紀中葉，由於渦扇發動機在性能上相對於渦噴發動機具有一定優勢，加上鐵幕拉開后嚴峻的國際局勢，使西方國家開始著手渦扇發動機的研發。在1948年，英國就開始研發康維渦扇發動機，美國也採用比較成熟的渦噴發動機為核心機開發新的渦扇發動機。在通過156工程建立起自己的國防工業后，中國也在上世紀60年代開始渦扇發動機的研發。


　　渦扇6的研製項目代號為910工程，於1965年完成方案論證。歷經三次上馬，五次轉移加工生產地，並最終因為J9和強6相繼下馬而夭折。截至1983年，總共生產四批10台試驗機，完成300項零部件試驗，試驗時間3萬2千多小時，整機試車334.1小時。
　　渦扇6的命運如此坎坷的原因有很多，比如研發經費嚴重不足，這點和歐美各國同時期研發的發動機做對比就一目了然了——美國F100研發耗資11億美元；法國M53和英國RB199發動機研製經費分別為6.99億和6.6億元；而渦扇6在將近20年的時間裡，累計使用研發資金1.2億元人民幣，資金嚴重不足大幅拖累了研發進度。再比如中國航空工業底子薄，過高的目標和相對薄弱的工業基礎使渦扇6的研製困難重重。

　　技術指標不明確也對渦扇6的研發造成了很大影響。一會兒要求裝備渦扇6的戰機具有非常好的高空高速性能，實現速度3馬赫，升限3萬米。一會兒又要求突出亞音速、跨音速性能，要擁有很強中低空狗斗能力。這種技術指標要求也讓工程師們無所適從。

　　（由於J9經過三次上馬，三次下馬，有多種方案，上圖為J9的某一種方案模型，下圖為網友根據模型製作的假想圖）

　　一直以來，網路上一些聲音竭力詆毀渦扇6，某門戶網站的文章中甚至用「禍國殃民」來形容渦扇6。與此相反的是，渦扇6和渦扇10的總師張恩和卻言，「渦扇6的下馬，使得我們航空工業失去了一次縮短同西方差距的機會」。

　　就以渦扇6飽受詬病的可靠性來說，雖然直到渦扇6下馬，它的穩定性和可靠性依然無法得到充分保障，但是這不是抹黑渦扇6的理由。事實上任何一個發動機的穩定性和可靠性都是一點一滴的改進獲得的，特別是在長期使用過程中不斷發現問題，分析問題，解決問題。即便以美國的技術實力，F100發動機在交付部隊使用后，造成多起機毀人亡事故，直接導致F15成為機庫女皇，F16大量停飛。為了提升發動機的可靠性，美國用了整整10年時間。可以說，一款成熟的航空發動機是靠資金、時間、人才和試飛員的生命堆砌而成的。1984年的渦扇6缺的就是在使用中排除故障的機會——生產更多的試驗機，更長的試車時間，小批量生產後不斷改進、排障，正如F100在1974年至1984年間完成的事情——用10年時間提升穩定性和可靠性。

　　從結果上看，即便最後渦扇6下馬，中國也通過研發渦扇6獲益良多，不僅鍛煉了人才、培養了自己的研發隊伍，還攻克了發動機啟動、喘振、振動、高溫等114項關鍵技術，其中有30多項獲部、省以上「科技成果獎」，航空發動機高溫軸承等3項獲「全國科技大會獎」。

　　在新技術方面，取得了跨音速風扇、氣冷高溫渦輪、平行進氣燃燒室、彈性支承、擠壓油膜軸承等技術突破。

　　新材料方面，取得了鈦合金、高溫合金、石墨封嚴等15中新材料技術成果。

　　新工藝方面，取得了氣冷空心渦輪葉片、鈦合金長葉片模鍛、薄盤和細長軸加工等17項技術突破。

　　在附件方面，取得了高能電嘴、氣芯加力燃油泵等9種新型附件技術成果。

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　　這些技術成果為中國之後的國產發動機研發夯實了基礎。

　　最後，我們再來看渦扇6的性能。渦扇6加力推力12.2噸，軍用推力7.27噸，推重比5.93。加力油耗2.26千克/千克（推力）·小時，最大軍用推力油耗0.68千克/千克（推力）·小時。最大空氣流量為155千克/秒，渦前溫度為1077攝氏度，推重比5.93。以渦扇6為基礎的改進型渦扇6G在發動機體積保持不變的情況下，減少重量，將加力推力提升到13.8噸，最大軍用推力提升到8.56噸，加力油耗2.30千克/千克（推力）·小時，最大軍用推力油耗0.78千克/千克（推力）·小時，推重比為7.05。

　　我們以俄羅斯AL31F做參展，AL31F發動機加力推力為12.2噸，軍用推力7.6噸，加力油耗2.00千克/千克（推力）·小時，最大軍用推力油耗0.795千克/千克（推力）·小時，渦前溫度1392攝氏度，推重比為8.1（俄標）。就性能參數而言，雖然在個別指標上渦扇6G的紙面數據和AL31F依然有差距，但就紙面參數來說，渦扇6G是可以邁入三代大推力渦輪風扇發動機的行列的。

　　這裡介紹下這些指標的含義。軍用推力是指發動機在最大轉速的時候的推力，此時不使用加力燃燒室。加力推力指的是指在使用加力燃燒室時發動機的推力，加力推力一般比軍用推力大50%—80%。渦輪前溫度指的是燃氣從燃燒室出來在渦輪前的溫度，提高渦輪前溫度也是提高發動機性能的方法之一，法國的M88-2就曾依靠新材料減輕重量和強行提高渦前溫度來提升發動機性能。空氣流量指的是單位時間裡流過的空氣質量。推重比是指發動機推力與重量之比，這是反映發動機綜合性能的重要指標，各國推重比計算方式不同，同一款發動機採用中標、法標來計算，推重比會偏低一些，如果採用俄標計算的話，推重比會略高一些。舉例來說，俄羅斯AL31F發動機，根據俄標計算推重比超過8，但根據美標計算則為7.1，根據法標計算，推重比還不到7，因此，渦扇6G推重比達到7.05，已經是很不錯的成績了。

　　誠然，這僅僅是紙面數據，而非實際性能，在渦扇6已經夭折的情況下，已經無法用實踐去證明渦扇6是否真能通過10年時間去完善成熟，更無法去揣測其實際性能了。在渦扇6已經逝去30餘年，渦扇10已經守衛祖國的領空之時，606所、410廠已經用實際行動展現了自己的決心和能力，就讓一切爭議和評說雨打風吹去吧。

人有多大膽地有多大產。