太行发动机借鉴却至今未能超越的一座高峰:美国F110系列发动机

飞帅 2021-09-29 06:56:46

F110系列发动机在美国的航空发动机研制史上有着非常重要的意义,它一个系列就满足了F15、F16、F14三大主力战斗机的需要,其非加力型还成了B2隐形轰炸机的动力,成为核心机衍生的一个典范。通过F110发动机的研制,美国不再为减轻重量而牺牲耐久性和可靠性。最重要的是,通过F110,确立了航空发动机研制的竞争机制,形成相互激励的良性循环。

F110可以说是一个转折点,通过它的研制,美国与世界拉开了距离,从此一路领先,直至今日。我国太行发动机的核心机借鉴了CFM56-3,而CFM56-3正是F110核心机GE9的旁系衍生型号之一,但太行系列发动机至今未能达到F110的高度。

F110家族中的F110-GE-132发动机

从宏观上看,F110系列的研发有三大特征:注重耐久性,走低风险衍生路线,推进了竞争机制的确立。这三点才是F110存在的最大意义,而不是推力、推重比、涡轮前温度如何如何。下面是本人对这三个特征的浅析,有不足之处希望大家指正:

先看耐久性与可靠性。由于机动性有了质的提高,三代机在空战中要不断对发动机进行尺度很大的剧烈操作,油门要频繁的从最低开到最大,就是要不断的开加力:起飞、爬升要开加力,赶赴战场要开加力,机动占位和摆脱要开加力,脱离战场也要开加力。这里要引入一个热机循环次数的概念,它指的是喷气式发动机从启动到增至最大油门,再回到最小推力的一个周期。据称,操作三代机2000小时,其发动机累积的热机循环次数高达10360次,即平均每小时开加力超过5次,也就是说,几乎是10分钟就要增推一次,这虽然有些夸张,却反映了三代机面对的是完全不同的空战环境。

三代机的机动性空前提高,对发动机也提出了严苛的要求

但普惠的TF30和F100都不是按照这么高的热机循环次数设计的,因此出现了热端零部件老化过快甚至叶片断裂的现象,直接导致F15沦为“机库皇后”。

F110充分吸取了F100的教训,在设计之初就考虑了寿命问题,其初始型号F110-GE-100每个大修间隔就能达到4000次热机循环,远大于F100-PW-100的900个,且还有很大的提升潜力。在F110系列的后续改进中,其不同型号通过充分运用新的技术、工艺和材料,使其理论寿命得到了充分挖掘,如F110-GE-129发动机的维修间隔增加到了2000小时,总寿命达到了6000小时左右,几乎可以与飞机同寿,大幅领先于全球其它同类型的军用航空发动机。

虽然太行发动机热端部件的寿命据称达到了是1500小时,冷端的设计寿命也有3000小时,但依然只有F110-GE-129的一半左右,可见,我们要走的路还很长。

再看衍生能力。F110系列走了低风险的核心机衍生之路。核心机,顾名思义指的就是航空发动机的核心部件,主要包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮这三大部分,可见,核心机包含的主要是航空发动机的高压部件和热端部件。毫无疑问,剩下的风扇、低压涡轮、加力燃烧室和尾喷管就不属于核心机,而属于低压部件了。而所谓的核心机衍生就是在一种优秀核心机的基础上,根据相似理论,将该核心机放大或缩小,再搭配相应的低压部件,就能发展为一系列功率不同,满足不同需求的动力装置。

F110系列的核心机是GE9,它的衍生型号不仅满足了B1、B2、F15、F16、F18五种机型的动力需求,连广泛用于客机的CMF56大涵道比涡扇发动机和几乎遍布全球的LW2500燃气轮机都与GE9有很深的渊源。

F110系列发动机全家谱

核心机衍生除了要有一种优秀的核心机外,各个零部件还要尽量实现标准化和模块化,这对材料、工艺和质量管理提出了很高的要求,自由搭配的前提是生产出来的零部件要有足够的一致性,否则一个部件在到别的发动机上就会出现“水土不服”的现象。F100在设计之初就实现了高度的模块化,其风扇、核心机、低压涡轮、尾喷管和附件机匣都可以分别拆卸和更换。

太行发动机虽然已有了好几个改进型号,但多是直系型号,旁系型号并未出现,连非加力版都未见端倪,听说涡扇20的核心机源自太行,但没有实证。好在太行核心机衍生的QC70小型燃气轮机已批量装备了726A中型气垫登陆艇,开了一个好头。

歼16装备的最新太行改型发动机

最后,F110推动了发动机研制竞争机制的形成。在F110出现之前,除了F100发动机,还有F14的TF30用于三代机,但它的推力不足10吨,可靠性也有很大问题,且也是出自普惠之手,可见F100和TF30根本形不成竞争关系。

因此,面对军方反馈的F100可靠性差的问题,普惠就归咎于空军过度操作,并非他们的产品有问题,即使经过多次谈判协商,普惠仍拒绝承担责任。因问题长期得不到解决,美国海空军三大新机种:F-14、F-15和F-16都面临停飞或无发动机可用的局面,这是一家独大的必然结果。

于是美国空军在1983年推出“替代战斗机发动机”计划,为F-15和F-16战斗机引入通用电气的F110作为替代发动机,且进展顺利,一举打破了普惠公司对美国战斗机动力的垄断地位。市场竞争一下子带来了效率和创新。受到刺激的普惠很快推出了F100-PW-220改型,长期得不到解决的可靠性、耐用性和稳定性问题一下子就改观了,F100-PW-220两次大修间隔的热机循环次数也在最短的时间内从900提高到了4300。

通用普惠两大发动机巨头之争的最大受益者是美国军方

而中美在这方面的差距最大,我国在很长的一段历史时期都把发动机视为飞机的附庸,对航空发动机的研制规律和难度的估计严重不足,虽然通过航空发动机集团公司的成立,这一状况得到了改善,但仍未形成类似战斗机研发中南北两大巨头竞争的局面,鉴于航空发动机研制任务的艰巨性,我国至少要在主力战斗机动力的研发上形成相对竞争,避免形成一家独大的局面,也能激励各科研院所勇于创新。

总之,论推力、总压比、推重比等循环参数,太行改进型已经不逊于F110,甚至有所超越,但在寿命、衍生能力及对研发机制的推动力方面,太行仍远远没有达到F110系列发动机所处的高度,这也是中美航空发动机最大的差距所在。

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评论列表
  • 观看 157
    2021-09-29 12:24

    这才是忠言逆耳事实求是的好文章。

    张衡 回复:
    饭要一口口吃,事要一件件做,了解航空发动机的都知道这些,瞎嗨的都是自媒体
    守望 回复: 张衡
    一般的人你能写出来吗?这样科普的自媒体不应该欢迎吗
  • 2021-09-29 11:49

    差距真不是一星半点,不服不行啊!

    罗华 回复:
    啊啊啊啊啊
  • 2021-09-29 12:22

    发动机是工业王冠上的明珠!美国一家独大,英法俄中紧随其后!

    笙默OHR 回复:
    英国的狂风,法国的阵风,还有欧洲合作生产的台风,难道不用大推,甘愿用中推?实际上确实不如老美
    用户11xxx32 回复: 笙默OHR
    欧洲就英国发动机牛逼,但是后面越来越不行了,完全放弃军事了
  • 2021-09-29 11:57

    家底子厚而已,我们又不是没有进步,一群可悲的跪族,看着你们就恶心

    没钱娶初恋 回复: 教练我想打篮球
    他是你爷爷[得瑟]
    教练我想打篮球 回复:
    你是个什么东西?
  • 2021-09-29 11:44

    先解决有无的问题,之后才是发展与提高。。。

  • 2021-09-29 15:18

    太行适装并全面替代31F已经是一大胜利,当太行生产越多,使用越多,超越F110是时间的问题,而且太行的成功为中国打开大型涡扇发动机之门。 再说太行核心机参考的是民用版核心机,F110是升级军用版F100核心机。太行已经太行了

  • 零落 16
    2021-09-29 12:10

    有良心文章,差距几十年

  • 2021-09-29 18:17

    发现差距→缩小差距→超越

  • 2021-09-29 11:54

    好文章![点赞]

  • 2021-09-29 17:35

    国内估计没有哪家私营企业能有实力和金钱来投入发动机研制

    陈仙应 回复:
    这个民企真吃不消
    撒哈拉 回复:
    奇瑞有航发,不过是活塞的[笑着哭]
  • 2021-09-29 20:35

    老美的航空发动机制造有近半个世纪的经验,我们才刚起步,不可能在短时间内就追上美国。但是只要我们努力钻研,超越是早晚的事!

  • 2021-09-29 12:27

    核潜艇和航发差距大。。。其他也就那回事了。。。

  • 2021-09-29 20:36

    不错,还有明白人

  • 2021-09-29 20:24

    大国重器所向无敌,中国最牛。哎呦,忘了沈机倒闭了,

  • 2021-09-29 19:46

    美国经常指标都是吹的,最后都是假的,我们以为是真的,结果我们实现了

  • 2021-09-29 19:52

    我想知道通用的那个商标图标,是不是很象中文繁体草书龙字。

    想家的狼 回复:
    刚接触核磁共震时,医院把东芝的旧机子淘汰了,更新为GE的,我也以为这个国产“龍”牌这么厉害,把日本东芝都干趴了。[笑着哭]
    欧阳 回复:
    我还以为都是中文呢?真有学问[点赞]
  • 2021-09-29 18:04

    平心而论,F110的性能还是不如F100,优势是可靠性高,美国自己的F15清一色都是F100系列,出口型才用F110。

    用户14xxx52 回复:
    所以f-16用通用的f110。f-15用普惠的f100..
    火星农民工叔叔马丁 回复: 用户14xxx52
    F16两种都用,比如F16Block50/52,前者F100后者F110
  • 2021-10-09 06:57

    我是来看“跪久了起不来”之流的论调的

  • 2021-09-29 11:45

    努力追赶吧!

  • 2021-09-29 19:07

    [吃瓜]配图写的F110-GE-132发动机并没有装备美国空军,而是装备了中东土壕阿联酋的F-16E/F~~~因为换了大扇子加速性能比F110-GE-129更慢一些~~~美军新的F-15X装的就是F110-GE-129~~~

  • 2021-09-29 16:51

    大力支持一流大学里面的材料学科吧,多培养材料学专业的人才,相关专业人才才是重点

  • 2021-09-29 18:59

    实事求是

  • 2021-09-29 18:10

    要在飞机发动机每个零部件各个方面发力!包括设计冶炼新材料应用研发等等,,

  • 2021-09-30 08:49

    写得太好了

  • 2021-09-30 09:26

    材料和技术相差甚远,单是发动机寿命就是个大问题!

  • 2021-10-08 15:15

    好文

  • 2021-09-29 09:53

    任重道远,中国航发加油[点赞]

  • 2021-09-29 22:06

    好比惠普打印机的硒鼓原装的就比国产的使用寿命多一倍,所以我们尚需更努力!

  • 2021-09-30 00:22

    法拉利能跑高速,咱们的比亚迪也能跑就可以了,要直面现实情况,热血是不能马上解决问题的

  • 2021-09-29 22:39

    希望国家能在发展一家发动机集团吧

  • 2021-09-30 00:35

    对最重要的是竞争和创新[点赞]!

  • 2021-10-08 13:46

    全球能自主研发生产军用级别的航发特别是达到三代机要求的,全球不超过一个巴掌。

  • 2021-09-30 04:15

    只要用心思下功夫,就会有成绩

  • 2021-09-29 18:11

    要在飞机发动机每个零部件各个方面发力!

  • 2021-09-29 21:09

    大众EA888发动机[笑着哭]

    用户48xxx90 回复:
    常柴不服!
  • 2021-09-30 04:14

    心脏病不好治啊

  • 2021-10-08 18:23

    清醒的认识是成功的基石[点赞]

  • 2021-09-29 12:05

    [点赞]

  • dong 1
    2021-09-29 21:59

    [点赞]

  • 2021-09-30 05:47

    努力追赶,只要我们去研究了,就会有所突破[点赞]

  • 2021-09-29 20:41

    看到进步更重要!!