美、中、俄第五代歼击机发动机发展现状研究

本文由知远战略与防务研究所（ID:knowfar2014）授权转载，编译：知远战略与防务研究所/蓝山，自：俄罗斯“军事评论”网站

【导读】本文原载于俄罗斯“军事评论”网站2017年6月26日，作者为基里尔·里亚博夫，原标题为Двигатели для истребителей пятого поколения。文章介绍了美国、中国、俄罗斯三国第五代歼击机所用的航空发动机的发展情况。

在研制第五代歼击机计划的框架内，航空工业和协作部门必须解决一系列复杂任务并研制所有必要设备。这种计划最复杂的任务之一是研制具有所需性能的发动机。一系列国家都在制定未来的动力装置方案，而且已有几个型号推进到批量生产阶段。下面介绍一下该领域发展现状。

美国

美国企业首先开始研制第五代歼击机的发动机，也是首先完成的，然后进入批量生产和使用阶段。因此，美国在此前获得了首先宣布新纪录和大幅度领先于国外对手的可能性。就在几天前美国工业界宣布又完成了新的跨越。

图1：在战斗部队服役的量产型F-22A歼击机

普拉特&惠特尼公司在ATF计划框架内研制、现已装备F-22歼击机的F119是美国第一种新一代发动机。几天前已经宣布，这种早已投入使用的发动机总飞行时间达到50万小时。F119发动机项目负责人阿曼达·格娄德指出，这一成就突出显示了现有技术的能力。已经生产的全部F-22歼击机从2005年起一共飞行了20万小时。

旨在装备ATF计划中的第五代歼击机的F119发动机的研发工作早在80年代就开始了。1991年签订设计合同。一年后，第一台F119试验型发动机上试验台。1997年成品在试验飞机上进行了试验。试验机是洛克希德公司的YF-22和波音公司的YF-23。后者不完全符合军方的要求，在竞争中被淘汰。最后装备F119-PW-100型发动机的F-22投入批量生产。

量产型F-22歼击机装备2台F119-PW-100型发动机。这是一种带加力燃烧室和偏转喷嘴（能单平面控制推力矢量）的涡轮风扇发动机。发动机采用双轴布局，高压和低压回路转子反向旋转。低压压缩机有三级，高压压缩机有六级。喷嘴扁平，有偏转鱼鳞板，能调节推力矢量方向。

F119-PW-100发动机总长度接近5.2米，最大直径小于1.2米，重量1.8吨。涡轮进口温度1647度。开加力时推力为15876公斤（另有资料说是16785公斤）。根据官方消息，2台F119-PW-100发动机能保证歼击机推重比不小于0.88。在正常起飞重量下推重比达1.15。飞行时速可加速至2410公里。不使用加力时飞行时速可达1960公里。作战半径为760公里，转场距离为2960公里。

图2：具有可控喷嘴的F119试验型发动机

根据现有资料，普&惠公司迄今已生产500余台各型F-119发动机。先是用于装备几架F-22试验机，后来安装在量产型飞机上。F-22一共生产了195架，其中187架是交付空军的量产型。根据最新资料，F-22歼击机自正式投入使用后一共飞行了20万小时。同时，包括试验型试飞在内，发动机总工作时间达50万小时。这样，作为第五代歼击机的第一种量产型发动机，F119创造的纪录在最近的将来未必会被打破。

作为对昂贵的F-22重型歼击机的补充，美国洛克希德-马丁公司又研制了F-35歼击机。普&惠公司则为该机研制了F135涡喷发动机。该发动机的研制始于90年代，完成于2000年代中期。F135 发动机是在F119的基础上研制的，因此其最初被称作F119-JSF（JSF是歼击机研发计划名称）。

F119-JSF / F135的第一台量产型样机于2007年制成。后来继续进行了修整，导致项目进度明显延误。但普&惠公司到2013年供应了第一百台F135。此时成功地消除了存在的主要问题，并将用于三种F-35改型的三种发动机改型投入量产。

作为已有制品的进一步发展，F135保留了其基本特点。采用双回路方案，压缩机级数相同。保留了单级高压涡轮，这样在低压回路中采用了新型两级涡轮。在各种补充装置或技术的帮助下，研制了三种发动机型别：F135-PW-100、F135-PW-400和F135-PW-600。

图3：飞行中的F-35歼击机小队

PW-100型发动机是该系列的基本制品，用于安装在空军F-35A型飞机上。该发动机长5.6米，直径不超过1.17米，重1.7吨。最大推力13000公斤，开加力时推力为19500公斤。在其基础上研制了用于配备F-35C舰载歼击机的F135-PW-400发动机。该型发动机的唯一重大区别是采用了加强的抗腐蚀涂层。全部性能指标保持不变。

F-35B飞机采用135-PW-600发动机，能短距起飞，垂直降落。该型发动机与基本型相比具有重要区别。它具有能垂直向下改变推力方向的偏转喷嘴。此外从发动机向前引出附加传动轴和旋转的升力风扇。经此改造，发动机长度增加至9.37米，其中1.35米是最大的升力风扇部分。最大推力为12250公斤，开加力时推力为18600公斤。

F-35系列飞机的头几架于2006年制成并升空。在过去的时间里，三种型别的飞机已经进入量产阶段，已经生产并向用户交付了230余架。所有这些飞机都是单发飞机。据称最大飞行时速可达1930公里。在不开加力的情况下，飞机能以1470公里的时速飞行。作战半径达1400公里，航程不小于2200公里。

图4：装有升力风扇的F135-PW-600发动机

可见，美国先于其他国家动手，目前已经成功地研制并批量生产了两种第五代歼击机用的涡喷发动机。这些制品产量很大，并已在为武装力量服务。

中国

中国在第五代歼击机及发动机研发领域取得了很大的成就。目前，中国工业界在同时研制两个未来的飞机型号，并在为其研制必要的配套设备。但在发动机制造领域却是另外一种情况。中国在现代化航空发动机研发领域能力有限，因此不得不积极使用国外的制品。

2011年1月，歼-20第五代歼击机首飞成功。目前，已经制造并测试了几架配置和机载设备组成各不相同的试验机。例如，歼-20试验机有两个版本的动力装置，即国产和进口发动机。

以前有过关于中国购买以性能高而著称的俄罗斯AL-31F发动机的消息。该型发动机会一直用到飞机开始量产和具有同样性能的国产发动机问世。还有关于中国飞机可能使用WS-10发动机的最新改型的消息。它是中国在俄罗斯AL-31发动机的基础上发展出来的。

图5：歼-20表演飞行

根据最新资料，量产型歼-20飞机将装备目前正在研制的WS-15涡喷发动机。WS-15项目早在九十年代就启动了，2000年代中期开始进行试验台试验。到2000年代末取得了一定的成果。早些时候国外专业出版物曾推测，WS-15项目试图仿制美国的F119发动机。还有关于中国打算仿制俄罗斯AL-31系列发动机最新改型的传言。

根据现有资料，WS-15制品是带加力燃料室的涡扇发动机。曾有报道说它使用三级低压压缩机和六级高压压缩机。发动机总长度大于5米，涡轮进口温度约为1600摄氏度，计划使推力达到19000至20000公斤。

根据各种评估，装备两台WS-15发动机的歼-20歼击机推重比将不小于1.05。最大飞行时速达2100公里。在不开加力的情况下是否能加速至超音速暂时还不清楚。装备经过修整的发动机的量产型飞机具备什么样的性能暂时也不得而知。

第五代轻型歼击机歼-31从2012年起继续试飞。根据现有资料，至少在一定的时间里，经过特别配置的该机进行了试验。该机装备两台RD-93涡喷发动机。2000年代中国理顺了中国版RD-93发动机——WS-13——的生产。在可预见的将来计划为歼-31飞机装备WS-13E改进型发动机。

图6：航展上的歼-31轻型歼击机

根据以前公布的消息，WS-13E发动机将是双轴涡扇发动机，它是RD-93的进一步发展。WS-13基本型的量产型制品有八级高压和低压压缩机。长度小于4.2米，直径约1米，重1.14吨。现有制品开加力时最大推力超过8800公斤。计划使WS-13新改型开加力时的推力增加至9000-9100公斤。

因为可以理解的原因，WS-13E和WS-15未来项目的准确情况没有公布。中国国防工业界在传统上保守自己的主要秘密，并且不急于宣布关于新项目的最令人感兴趣的信息。

俄罗斯

俄罗斯工业界在继续攻关自己的第五代歼击机——T-50。还正在大规模计划的框架内研制具有更高性能和新能力的未来发动机。但是工作的复杂性导致试验型飞机不得不装备性能尚可接受的现有发动机型号。T-50的原型机暂时装备AL-41F1涡喷发动机。计划下一步完成暂时被称作“制品30”或“30型”的全新发动机并投入量产。

在T-50计划中，“制品30”被视为第二阶段发动机。“制品30”暂时只是工作代号，下一步可能会采用以AL开头的新代号。早些时候曾报道，目前已经拟定了设计资料并已开始组装试验型发动机。计划今年年底将“制品30”装上试验型飞机进行首飞。计划未来几年进行新测试，2020年进行国家试验。

图7：T-50试验机中的一架

几天前，俄罗斯《报纸报》披露了从留里卡设计局匿名消息人士获得的关于“制品30”项目进展的新细节：该企业正在三班倒地工作，以在预定期限之前完成任务，确保严格执行预定时间表。同时，协作单位存在一些问题：发动机自动控制装置供货单位没有完成其任务。当前的工作完成后，计划将试验型发动机装上飞行试验室进行试飞。计划11月6日进行第一次试飞。但如果协作单位不能按计划完成自己的任务，试验时间表有可能调整。

《报纸报》的消息人士还证实，未来的发动机与AL-41F1这些现有制品有显著的区别：采用新型涡轮和全数字控制系统，因此将达到推力更大、油耗更低的目标。所有这些都将使装备“制品30”的飞机无须开加力就能进行超音速飞行，这对整个飞机的使用会带来相应的积极效果。

根据各种资料，未来的发动机不开加力时最大推力将达11000公斤，开加力时达18000公斤。由此，T-50飞机的推重比将不会小于1（具体取决于起飞重量），最大飞行时速估计为2500-2600公里，不开加力时最大飞行时速可达2000公里。“30型”发动机将装备能控制推力矢量的偏转喷嘴。这将使飞机在所有飞行状态下都具有更高的机动性。

图8：T-50原型机上使用的AL-41-F1发动机

结语

尽管无线电电子系统迅猛发展，重要性日益提高，但发动机仍将是未来飞机最重要和最复杂的部分之一。对第五代歼击机的特别要求也对发动机制造提出了相应的要求。设计师们需要完成特别复杂的任务，否则无法满足用户的所有要求，无法研制出具有所需性能的飞机。

目前，有多个国家在同时攻关自己的第五代歼击机，但是远非所有计划都推进得相当远。不仅如此，目前只有一个国家的第五代歼击机投入了批量生产。其他国家暂时还处于试验阶段或试验设计阶段。但很显然，美国一枝独秀的局面未来几年将会被打破，因为多个国外型号可能会很快投入量产。

未来歼击机所用发动机的情况看上去差不多，但有明显区别。例如，美国已经拥有两个量产型发动机型号，其中一个型号有三个改型。俄罗斯只有一个型号在准备试验。而中国项目的进程几乎不得而知。同时，很显然，未来发动机及其配套设备的研发在继续，并在逐步取得日新月异的成果。所有项目的最终目标都是开始批量生产用于装备量产型飞机的新型发动机。已经有两种新一代发动机完成了这项任务，其余的则需要继续努力。（全文完）

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