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解讀國產渦扇中推的發展:在發動機領域,中國從未放棄努力

上世紀70年代以來,以國家航空發動機技術預研計劃為載體,中國相關單位完成了兩代渦扇中推的研製,為國產航空發動機的發展積累了經驗打下了基礎。以兩代渦扇中推為依託、以沈飛所為首的主機所及其他系統單位先後提出多種飛機的設想,其中我們最為熟悉的就是FC-31計劃。


當時,國外新一代渦扇發動機已經投入實用,而國內仍舊在測繪仿製前蘇聯50年代渦噴發動機。雖然引進了部分西方先進技術(如英國斯貝渦扇發動機),但是與國外先進技術的差距不是在縮小、而是在拉大。因此,相關部門為了改變這個現狀,提出了高性能推進系統技術預研計劃(高推預研)。高推預研計劃目的在於改變以前國產航空發動機從屬於主機型號的作法,以研製先進發動機技術為目標,攻克相關技術難題,為以後發展新一代航空發動機提供技術儲備和支持。


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F404渦扇發動機實驗噴射


1980年高推預研正式啟動,項目以F404渦扇發動機為背景機,選擇F404主要是因為這個級別的發動機在技術難度比F100這樣的大推力渦扇發動機要低一些,費用和成本也要少一些。先後進行理論、結構、材料、工藝、試驗等方面的研究和攻關,在此基礎上開展了7級高壓壓氣機、燃料室和高壓渦輪三大關鍵部件的研製和試驗,並取得了突破性進展。


在三大部件成功的基礎上,624所等單位提出發展國產第一代核心機,但是在具體推力指標上出現爭論,624所等單位出於未來型號發展的角度出發,要求核心機指標能夠達到80千牛級,而其他單位認為高能預研最初的指標定在F404的基礎型,也就是70千牛級,考慮到穩妥性,不主張增加推力,最終有關部門經過考慮之後認為高推預研並沒有針對具體型號進行發展,並且考慮到技術的難度、進度等因素,決定中推核心機仍舊按照70千牛級來進行。


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殲-10對發動機的負荷遠比雙發布局的蘇-27要大


中推核心機於1990年開始研製,1992年完成試製,並且進行了地面試車,達到了最大轉速,標誌著國產渦扇發動機的研製取得一個關鍵性突破,相關廠所希望能夠進入國產渦扇中推的技術驗證機階段,這就是FWS-12A渦扇發動機。它是在國產渦扇中推的基礎上加裝三級風扇和低壓段研製而成,考慮到型號配套的需要,FWS-12A的推力提高到85千牛。在FWS-12A的基礎上,沈飛提出了兩個方案,分別是:新殲93,它採用兩部FWS-12渦扇發動機,採用電傳操縱系統、數字式綜合火控系統、無源相控陣火控雷達和主動雷達制導空空導彈;另外一個是殲-13改艦載機方案,它採用了一部FWS-12渦扇發動機,既可以與新殲93高低搭配,作為殲-7的替代機,也可以出口。


不過這個時候國際形勢發生了巨大的變化,中國空軍也由國土防空向攻防兼備轉變,蘇-27引進之後,中國空軍更加希望裝備重型殲擊機,國家的重點也放在了蘇-27的國產化和FWS-10渦扇發動機的研製上面,而當時的國力並不足以同時支持兩個渦扇發動機型號的研製,所以FWS-12不得不下馬。此後624所等單位依靠自己的力量繼續對FWS-12進行改進和發展,例如對風扇進行改進,採用前掠風扇,增加轉速和空氣流量,對低壓渦輪進行改進,提高發動機推力等,並且為派生髮動機進行了技術探索。


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F414是通用電氣公司為滿足美國海軍對F/A-18「大黃蜂」戰鬥機最新發展型F/A-18E/F的要求而設計的加力式渦輪風扇發動機

在高推預研之後,中國又開展了航空推進技術驗證計劃,該計劃是以提升航空發動機設計能力為宗旨,以技術驗證為核心,以打基礎、建體系為主線的一個航空發動機驗證計劃,因此624所等單位則進一步針對F414渦扇發動機為背景,開展新一代渦扇中推的研製,先後進行了頂層設計-關鍵技術分解-關鍵部件研製-三大高壓部件研製-核心機研製等研製,並且進行了先進風扇、推力矢量全權發數字式電子控制(FADEC)的發展。


相關資料,624所等單位在八五期間完成了相關技術的攻關,九五期間完成三大部件的研製,十五完成了新一代渦扇中推核心機的試製和地面試車,進入高空台進行試驗,在這些研究的基礎上,新一代渦扇中推進入了技術驗證機的設計階段,這就是S3-2驗證機。從相關報道可以知道S3-2型技術驗證機是一台雙轉子、加力式帶矢量噴管的渦輪風扇發動機,由三級風扇、中介機匣、七級高壓壓氣機、雙層壁短環形燃燒室、單級高壓渦輪、單級低壓渦輪、渦輪後支撐、加力燃燒室、軸對稱矢量噴管、全許可權數控系統、下置附件機匣、外涵機匣以及相關係統組成。驗證機最大狀態推力9800kgf級,推重比9一級。


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FC-1/JF-17戰鬥機由於無發可用不得不依賴RD-93


從這裡我們可以看出,國內相在部門已經汲取當年FWS-12下馬造成之後FC-1/JF-17戰鬥機無發動機可用,不得不依賴RD-93,還要從頭國產化RD-93的教訓,將新一代渦扇中推推進了技術驗證機狀態,為正式進入型號研製打下了堅實的基礎,從這個角度來講,S3-2渦扇中推的研製為FC-31的發展提供了寶貴的動力保障。

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