回首人类喷气式飞行器的发展过程,几乎就是一部喷气式发动机的推力发展过程,从苏联“苏-9”截击机AL-7发动机的7吨级、法国“幻影2000”M-53发动机的9吨级、美国“F-16”战斗机F110发动机的14吨级、到目前的F119、F135等型号,可以说军用涡扇发动机的技术标准和特征如何变化,增加推力都是一个亘古不变的主题!
F-16战机所使用的F110、法国幻影战斗机所使用的M53分别代表了第三代,第二代军用航发的巅峰。
而今天能够称之为现在站在世界航发发展“金字塔尖”的,恐怕也只有来自那个唯一超级大国的——F-135系列涡扇发动机!
F-135发动机由美国航空巨头普惠公司与英国工业王者罗罗公司联合开发而来,专门设计用来为美军F-35联合打击战斗机提供动力,即将服役美国空军的下一代隐形轰炸机——B21也确定将搭载F-135发动机,是西方航发工业的集大成之作!
目前,其已经衍生了三种型号:一种是用于美国空军F-35A的F135-PW-100。
一种是美国海军F-35C的常规起降型所使用的F135-PW-400。
另一种是用于英国海军和美海军陆战队F-35B的垂直降落变体——F135-PW-600。
我们所说的最强航发指的也就是F135-PW-100,而F135-PW-400发动机的造价却更高,因为不同于F135-PW-100装配于陆基F-35A,F135-PW-400装配于F-35C,其采用了更多的耐盐腐蚀材料,以适应舰载机的高强度使用,但是性能相差无几。
F-135发动机基于F22“猛禽”战斗机所使用的F-119发动机发展而来,是名副其实的“双料王”,其由3级风扇+6级压气机+1级高压涡轮+2级低压涡轮组成,进气口直径1.17米,最大外径1.3米,长5.59米,涵道比0.57,整机重量仅为1670千克,推重比高达11.67,初始型号F-135的推力便已经高达191.27千牛,而量产版已经高达204.12千牛——这也是世界航空史上第一次出现最大加力推力超越200千牛的军用涡扇喷气式发动机,其一台的推力就已经达到我国“飞豹”战机所用的两台“秦岭”发动机产生的推力之和,对于航空工业无疑具有跨时代的意义!
而更为惊人的是,普惠公司还计划在未来将F135从204.12千牛继续增推5~6%,达到216.37千牛的惊人级别!从而满足美国空军第六代战斗机的飞行需求!
相比较F119优异却昂贵的矩形隐形喷口,F135首次将传统的喷雾器和火焰持有器改为了涂有陶瓷雷达吸波材料的曲面叶片和后置燃料喷射器,在保证飞行能力的基础上阻断了涡轮处的雷达散射,提高后向隐形性能,同时尾喷嘴由十五个部分部分设计了重叠的锯齿状尾缘嵌板,进一步减少尾流红外特征,其实际效果丝毫不逊于F22战斗机所使用的F119发动机的楔形喷口,且成本更低廉、维护也更加便捷。
同时F-135发动机的零部件也进一步减少,所有可更换的部件均采取模块设计,后期维护性能也得到了进一步提高,同时F-135大规模作用了民用大直径涡扇发动机的健康管理系统,可以远程向地面维护人员提供实时数据,而这些数据可以大大减少故障排除和更换时间,效率比传统发动机高了近90%。
如果要说F135最大的特点,无疑就是“力大飞砖”四字,具有极高的推重比,是目前世界推重比中唯一“真正”超过10的一型涡扇发动机,与之相比俄罗斯空天军第五代战斗哈“苏57”所使用的AL-41推重比虽然超过10,却以牺牲零件寿命为代价,运行寿命仅不到4000小时。
俄罗斯下一代航发
英国罗罗公司为欧洲台风战斗机生产的EJ-200涡扇发动机、法国国营航空发动机研究制造公司为阵风战斗机生产的M88-2涡扇发动机的推重比均不超过9,且在推力方面远远落后于F135。唯一能够与其抗衡的无疑只有F22猛禽战斗机所使用的F119发动机,但F-119的涵道比只有0.3,而F135的涵道比已经达到了0.57,其燃油效率、飞机航程也相当之高,其耗油率比同类型涡喷发动机低三分之一,航程提升了40%。而使用涵道比为0.3的F-119发动机,美军F22战机虽然拥有堪比苏27战机的内部载油量,其作战半径却远远不如后者,其油耗可想而知!
不过现代涡扇发动机的涵道比虽然已经发展出了直径更大的类型,不过由于发动机迎风面积增加、其飞行阻力也越大、大涵道比涡扇发动机的高空超音速性能也更加弱化,因此采用大涵道比发动机的机型无一例外都是客机、运输机等,现代战斗机为了降低飞行阻力,其的涡扇发动机涵道比不会超过1,因此反观美军的F35战斗机其不急能够在航程与飞行速度直接取得平衡,F-35作为有史以来机体厚度最大、最为粗壮的一款战斗机,其迎风阻力之大可想而知,但是F35的高空飞行速度依旧达到了1.6马赫左右!
这背后无不在反映着一个国家的航空工业的强大与否,美国坐拥世界最为雄厚的航空技术储备、人才队伍、配套试验设施和庞大财力,这也正是俄罗斯、中国、英国和法国都或多或少存在的短板和软肋。
尽管中俄也已经研制成功与F-22同一代的歼-20和苏-57重型隐身战斗机,但是这两个国家在喷气式发动机方面与美国的代差不仅没有缩短,反而在以更快的速度扩大。这一点是我们时刻应当清醒认识到的残酷的事实!