《出鞘》2020-03-13：将登太行雪满山：寒冬中，国产发动机迎来了春天

源济

将登太行雪满山：寒冬中，国产发动机迎来了春天
新浪军事  2020年03月13日

在最近这一波复工中，最让人欣慰的画面，也许就是成飞发布的短视频中，安装国产“太行”发动机的歼-10C战斗机滑出的场景。尽管视频已经被下架，但歼-10C后续改用国产发动机，取代从首飞至今一直使用的俄制AL-31FN发动机的消息，应该已经八九不离十了。




此前我们也能看到新出厂的黄皮歼-10C安装“太行”发动机的照片。如今“太行”版歼-10C刷上灰色空优迷彩，表明其距离交付已经为时不远。这也是歼-10系列在经历改装DSI进气道与无源相控阵雷达的歼-10B、换装有源相控阵雷达的歼-10C之后，出现的又一重要变化。




对于歼-10系列来说，在量产型上应用国产“太行”发动机，虽然算是一个最新的变化，但歼-10对“太行”并不陌生，早在歼-10的1004号原型机、歼-10B的1034和1035号原型机上就已安装“太行”发动机进行试飞。1034号歼-10B原型机后来还换装了推力矢量控制版的“太行”发动机，在2018年的第12届珠海航展上完成了“眼镜蛇”、“赫伯斯特机动”、“落叶飘”等动作。虽然在航展开幕次日，原定再次进行表演的TVC版歼-10B不知何故缺席，但它奉献给观众的这一“过失速套餐”确实还是带来了不小的震撼。




早在歼-10设计之初，“太行”就是为其规划的配套动力。立项于上世纪80年代的歼-10，原本的主要作战对象就是苏军装备的苏-27、米格-29等第四代战斗机，自然也就不会考虑为其装备假想敌使用的AL-31发动机。歼-10的主要发动机备选方案分别是发展多年的涡扇-6改进型、对苏制R-29发动机进行测绘而成的涡喷-15、以及当时正处于襁褓中，自CFM-56发动机的核心机发展而来的“太行”发动机。歼-10最初计划装备的，是技术难度较低，同时推力指标也相当不错（12.5吨）的涡喷-15发动机。虽然“太行”的胜出实属意外，但也开启了中国自行研制先进大推力涡扇发动机的大门。然而随着中苏关系缓和以及随后苏联的轰然倒塌，本已胜出的“太行”意外迎来了AL-31这一强劲对手。




作为一款随苏-27战斗机引进的先进涡扇发动机，AL-31F发动机的优点毋庸置疑。推力大、耐粗暴操作、耗油率也较低，相比笨重的涡喷-15有着相当大的优势。关键是AL-31是一款已经相当成熟，经受过考验的发动机。苏-27在航展上频频以惊世骇俗的“眼镜蛇机动”等过失速动作招徕客户，不仅体现出高超的气动设计功力，AL-31F发动机优秀的抗喘振能力也功不可没。




在歼-10计划于90年代初首飞（众所周知，后来直到1998年才完成首飞）的情况下，1993年刚刚完成点火试车的“太行”显然无法赶上进度，让位于AL-31发动机也就不足为奇了。为了适配歼-10这款单发战斗机，AL-31F也进行了一定的修改，将发动机机匣从上置改为下置，去掉了内外涵道的分流隔板，长度缩短了40mm，重量减轻了23公斤。整体改进措施与米格-29装备的RD-33修改为“枭龙”采用的RD-93的过程类似。




AL-31系列发动机进入中国后，成为中国海空军多款三代机的主打动力，并且在歼-20隐形战斗机的研制和早期装备阶段也发挥了重要作用。在引进AL-31系列发动机的同时，中国也引进了发动机大修线，早已掌握了对这一系列发动机的再制造以及局部改进的能力。歼-20战斗机早期那有着银闪闪的尾喷管、声纹特征却与AL-31如出一辙的发动机就是最好的例子。




但由于国内外各方面的阻力，中国当年并未引进AL-31发动机的生产线。这也使得歼-10、歼-20等我军两代主力战机不得不面临在产量以及生产进度上受制于人的局面。有着同样遭遇的还有装备于我军伊尔-76、运-20以及轰-6K/N的D-30KP2发动机，直到最近，基于D-30KP2仿制的国产涡扇-18发动机才终于达到批量生产前的“决战60天”状态，国产大飞机终于有望摆脱长期依赖进口俄罗斯原装发动机的局面。




作为一款上世纪80年代初投入使用的早期加力涡扇发动机，AL-31在出色地实现了设计性能指标的同时，也不可避免地带有时代的局限性，润滑系统可靠性不高导致的抱轴卡死问题就是其中之一。AL-31发动机与同时代的RD-33、D-30F6发动机相比，支承设计较为复杂，采用了双中介轴承、四轴承低压转子的设计。复杂的支承结构随之增加了润滑系统的复杂程度，降低了可靠性。可靠性不佳的润滑系统一旦出现问题，原本就处于7-9.2吨载荷范围内的轴承很快便会不堪重负，出现变形和摩擦显微焊合，大大降低轴承的强度，而这种局部变形又会加大摩擦阻力，最终令轴承丧失旋转精度、卡死抱轴，随之而来的就是发动机停车。




这一缺陷并非AL-31发动机特有的毛病，早期涡扇发动机或多或少都会遭遇润滑系统可靠性不佳的问题。而随着制造工艺的进步，引入增压氩弧焊、高精度真空电子束焊接等工艺后，这一问题在AL-31发动机的后期改进型已经得到了很大缓解，在苏-35战斗机装备的AL-41F-1S（117S）发动机上，润滑系统可靠性已经大大提升。况且对于“侧卫”这样的双发战斗机来说，一台发动机停车虽然惊险，但往往能够凭借剩下的一台发动机安全返航。而对歼-10这样的单发战斗机来说，发动机空中停车便显得尤为致命。所以对于歼-10来说，AL-31FN并不是一款理想的发动机。




对于“太行”发动机来说，虽然随着苏-27引进的AL-31发动机成为其命运的转折点，但苏-27/歼-11也成为了“太行”本身的转折点。经过多年的研发后，终于进入空中试车阶段的“太行”意外遭遇缺乏合适的高空试车台的问题。无奈之下606所只能申请一架苏-27战斗机作为试飞平台，装上一台“太行”进行试飞。在“太行”基本完成设计定型后，于2007年随着歼-10一起出现在央视的新闻画面中。而最初出现在珠海航展上的“太行”发动机，也是适应歼-10的下置机匣设计的版本。然而当时谁能想到，在十多年过去之后，经过重重磨砺的“太行”才真正成为歼-10的心脏。




作为一款与CFM-56上的GE9核心机有着千丝万缕联系的发动机，“太行”在设计上的先进性是毋庸置疑的。同样衍生自GE9核心机的F110发动机在装备F-15、F-16的过程中展现出了出色的性能和可靠性。尽管F110发动机的高空高速性能并不突出，但对注重亚音速、中低空性能的大多数第三代战斗机来说，F110确实是一款强劲的发动机，表现远优于前辈F100。与F110算得上亲戚的“太行”自然也有着相当不错的性能。根据某上市公司此前公开的信息，“太行”发动机的衍生型号多达7种，除了加力推力132千牛的涡扇-10A之外，还有推力高达约155千牛的改进型号涡扇-10G。




虽然如今已经难以证实这份报告的真实性，但从歼-10B推力矢量验证机以及装备改进型“太行”的歼-20战斗机来看，如今的“太行”在推力上绝非吴下阿蒙，能够充分满足国产新型战斗机在未来一段时间内的动力需求。对于在定型初期一度饱受可靠性差和过热困扰的“太行”来说，能够在如今成为歼-11、歼-16、歼-10C以及歼-20量产型的动力，一统中国空军战斗机发动机市场，是一个令人欣慰的成就，可能也是今年各种复工复产的新闻中，最让军迷欣慰的一件事。




在人民海军航空兵的作战序列中，“太行”发动机尽管早已成为歼-11BH/歼-11BSH重型战斗机的动力，但在歼-15舰载战斗机上，至今仍难以看到“太行”发动机的身影。歼-15的554号原型机上一度安装了两台涡扇-10H发动机，但随后还是被引进的AL-31F3发动机取代。而装备涡扇-10H的歼-15S原型机则出于种种原因并未在航母甲板上出现，基于歼-15S研制的歼-15D专用电子战飞机则换回了AL-31F3发动机。尽管海军坚持为舰载战斗机安装AL-31F3的这一决定，一般被认为是出于舰载机着舰反区操纵对于发动机响应程度要求极高的原因，但用全权限数字发动机控制系统（FADEC）取代模拟式系统的“太行”在这一方面的表现也并非不可接受，更何况在美国海军的历史上，同样装备过响应能力饱受诟病的TF30发动机，并用这款发动机驱动庞大的F-111B、F-14A战斗机以及A-7攻击机。




中国海军坚持为舰载机装备AL-31F3发动机的原因，可能一方面是出于稳妥可靠的考虑，另一方面也许是因为买了那么多AL-31F3，如果为了追求舰载机的全面国产化而改用“太行”，原本购置AL-31F3的大笔资金也就打了水漂。毕竟AL-31发动机的单价如今已经逼近上千万美元，而在中国海空军现役机队中，能够安装AL-31F3的，也只有海军的这几十架歼-15。而从中国海空军使用量最大的AL-31FN和D-30KP2已经纷纷被国产型号取代的当下，这些AL-31F3发动机，也许就是俄制发动机在国产战机上最后的绝唱。​​​​