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黑鸟三倍音速发动机难度远低太行 但中国仿制无意义

作者:昆明飞华工贸有限公司 来源:www.kmfhgm.com    未知发布时间:2018-05-15 02:11:19
黑鸟三倍音速发动机难度远低太行 但中国仿制无意义作者:候知健SR-71“黑鸟”家族能够实现3倍音速巡航,除了针对高速巡航优化的超音速升力体气动布局以外,发动机可以说是一个更加关键的因素。黑鸟系列采用的J58发动机设计始于1956年,在当年的设计极其超前,堪称逆天级别的神物。但是技术始终在不断发展,J58发动机上的大量设计、材料、工艺在今天都已经完全落伍,除开特殊的双工作模式发动机所带来的超越3倍音速的巡航能力以外,它的其余性能指标并不突出。比如它的推力虽然高达14.7吨,但这是在2.95吨的体重下获得的,发动机推比只有5.23。J58进行地面测试事实上J58发动机的结构复杂程度、部件工作的苛刻程度都远低于F100和F110这的第三代高推比(7-8)大推力涡扇发动机——美国在60年代中期都完全造不出F110这个级别的发动机,从以下几个方面都能很容易的看出来。J58发动机的主要结构,是一台单转子的涡轮喷气发动机,采用9级压气机和2级涡轮。它的冲压工作模式,是在2.3倍音速以后,打开第四级压气机后的6根粗管道,让气流越过后面的5级压气机和燃烧室涡轮,直接进入加力燃烧室。而对于F110这样的发动机来说,复杂的放气调节系统并不缺乏;而显著提高性能和燃油效率的双转子结构,则在设计制造难度上比J58的单转子结构要高得多。图片:涡喷模式下工作的J58发动机,空气在燃烧室燃烧,推动涡轮旋转,驱动压气机压缩空气图片:当需要以2.3倍音速以上速度飞行时,J58发动机会利用6根大的引气管,把气流从第四级压气机就向外引出,直接越过中间的部分,在加力燃烧室内与燃油混合,并以冲压方式工作,减小推力损失。双转子的支撑和润滑设计都比单转子复杂的多单转子发动机的压气机和涡轮是一根轴上装死了的,燃烧室里的燃气推动涡轮怎么转,压气机就怎么转;而双转子发动机要内外大轴套小轴,高压涡轮转动只带动高压压气机,低压涡轮转动只带动低压压气机。由于要多套一层轴,双转子发动机的支撑和润滑设计复杂性、难度远比单转子发动机要高。其次从材料和工艺上说,J58发动机的工作条件放的很宽松(代价是燃油、推力效率低),其涡轮前温度只有1093度,而F110达到1371摄氏度。这意味着F110发动机的涡轮必须采用J58时代尚未能实用化、甚至是根本没有诞生的材料(比如高性能的定向凝固合金,或者单晶高温金属),以及当时工艺水平无法实现的冷却设计(需要在叶片内作出极为复杂的形状,以通过冷却气流)。图片:F110的9级压气机。发动机设计制造难度和水平的高低,和最大工作速度并没有直接的关系。而国内现在的太行发动机,说的难听一点,就是在F110发动机的民用改型基础上,倒推仿制F110发动机的型号;在设计和制造难度上,基本与F110发动机处于同一级别。虽然国内现在做太行发动机还磕磕绊绊,但要仿制J58却不存在技术上的难度;最关键的问题是,3马赫级别的高速飞机现在相当尴尬,搞出来没有意义。以黑鸟为例,虽然它在设计时做了一定的低可探测性考虑,但实际上黑鸟从来没能隐身过。这一方面是上世纪50年代根本没有任何计算能力、也没有成熟的理论去指导外形和涂料上的雷达隐身设计;另一方面也和发动机有关——黑鸟以3马赫或更高速度巡航时,持续性的高温高速喷流中产生大量的等离子体(低温等离子体最低只要727摄氏度就能形成),会形成明显的雷达信号特征。图片:未来具备强大突防能力的高超音速飞机,其发动机必须具备超音速燃烧能力,而这是J58发动机构架下不可能做到的事情没有隐身能力的同时,现有的气动技术、材料结构技术并不足以支持3倍音速下还能进行高机动的设计。这些问题使3倍音速级别的高速飞机在现代防空系统的面前非常脆弱——弹道导弹的末端速度可比3倍音速要高。黑鸟实际上就是因为这个原因而退役的。因此对于高速发动机来说,必须要将性能提升到5-6倍甚至更高的高超音速水平,才能对现代防空系统形成来不及防御拦截的致命威胁。而J58发动机的结构形式、设计、材料工艺上的潜力,都已经完全不可能满足这一要求。这也是中国有能力,但却不会去仿制J58的最大理由。

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