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cfm60,能力将有什么样的提升

CF排位号 1年前(04-20) 156

cfm60，能力将有什么样的提升？

运-20一旦更换国产的涡扇-20发动机，那么性能将会出现重大提升，无论是续航时间、载重能力，还是飞行航程，都将会比现在强得多。

运-20是我国研发的大型运输机，其大部分系统都是国产，唯独发动机使用了俄罗斯的D-30KP-2发动机，该发动机也是俄罗斯出口我国的伊尔-76运输机上的发动机，由于运-20和伊尔-76均采用4台D-30KP-2发动机，因此他们的大体性能也差不多，只是因为运-20在超临界机翼等技术上比伊尔-76领先，因此载重和速度都有提升。不过，运-20即将换装WS-20发动机，届时，其技战术性能将会完全超越伊尔-76。

cfm60,能力将有什么样的提升

图为运-20大型运输机。

最近，第13届中国航展正在珠海进行，包括运-20、歼-16D、CH-6无人机等在内的大量我军先进飞机都进行了亮相，中航刚刚发布了2021年工作报告，其中指出，“建成国内首条大涵道比涡扇发动机脉冲装配生产线”。这意味着运-20所使用的WS-20发动机很快就要进入量产、交付阶段了，运-20的产量将会大大提升，届时，以运-20为基础研发的大型加油机和预警机，也将大规模服役，一举解决我国空军面临的加油机少、预警机载机缺乏的问题。

图为疑似搭载WS-20大涵道比发动机的运-20运输机，可见其发动机的涵道直径比D-30KP-2要大的多。

为什么“首条大涵道比涡扇发动机生产线”就一定是WS-20呢？这还要从我国大涵道比发动机的研发布局来说起。我国过去曾一度缺乏研制大型飞机的能力，后来，随着大飞机计划成为国家战略，运-20军用运输机、C-919大型客机等项目相继上马，但是由于我国没有配套的航空发动机，因此运-20一直使用俄罗斯进口的D-30KP-2发动机，而C-919则一直使用LEAP发动机。

图为疑似测试WS-20发动机的运-20大型运输机，可见其发动机直径较大。

为了保障这两个项目的动力安全供应，以及推动大飞机的国产化，我国决定研发三种大飞机使用的发动机。包括仿制D-30KP-2发动机的WS-18、完全新研发的WS-20以及C-919使用的CJ-1000发动机。这其中，WS-18属于中等涵道比发动机，而WS-20和CJ-1000则是大涵道比发动机。而由于CJ-1000发动机刚刚在前些年开始地面测试，还远未到成熟可靠、开始量产的地步，因此，我国目前唯一具备量产条件的大涵道比涡扇发动机，就只有已经完成空中测试的WS-20了，而WS-20的量产就意味着运-20的更大规模生产服役。

发动机的涵道比是什么意思呢？我们都知道，涡扇发动机可以分为外涵道和内涵道两个部分，内涵道实际上就是过去的涡喷发动机，而外涵道则为发动机提供了额外的推力，增加了外涵道之后，发动机就成为涡扇发动机。而外涵道和内涵道之间的直径比例，就叫做涵道比。涵道比越大、外涵道的直径就越大；相对的，涵道比越小，外涵道的直径就越小。细心的人能发现，客机、运输机的发动机直径一般很大，而战斗机的发动机直径较小，这是因为大型飞机需要更大的外涵道来提供更多的额外推力，降低发动机的油耗，提高航程；而战斗机则需要涵道比较小的发动机，来尽量提高发动机的推力、加速能力。

像运-20这样的大型运输机，最好就是用大涵道比发动机。然而，不论是我国目前使用的伊尔-76运输机，还是运-20运输机，都在使用D-30KP-2中等涵道比发动机，他并不是一种典型的大涵道比发动机，中等涵道比发动机更多是用在轰炸机上，比如我国的轰-6K就使用了D-30KP-2发动机。因此，运-20想要提高性能，必须换装全新的大涵道比发动机。

图为运-20大型运输机，可见其机舱体积很大。

从推力角度来看，WS-18/D-30KP-2发动机的推力是14吨级，而WS-20的推力则达到了18吨级，这意味着运-20用4台WS-20发动机，就能比原型号提高大约16吨的推力，这等于在原基础上又新增了一台发动机，因此运载重量将会取得质的提升，一举突破60吨级，甚至接近70吨级，可以运输更大吨位的坦克、物资。同时，由于涵道比的扩大，飞机将会更加省油，在总油量不变的情况下，运-20的飞行半径也将会大大提升。

图为去年疫情期间，同伊尔-76共同抵达武汉运输人员、物资的运-20运输机。

目前，运-20在运载30吨标准装载时，最大飞行距离是7800公里，在运输60吨满载物资时，最大续航是4000多公里。一旦换装了WS-20发动机，其运输30吨标准物资时，飞行距离将会超过8000公里，而运载60-70吨的满载物资时，飞行距离也肯定会超过5000公里，跨越洲际的远程部署、兵力投送能力将会大大增强。

图为去年疫情期间，运-20紧急往武汉运输物资。

同时，由于用国产的WS-20发动机，取代了进口的D-30KP-2发动机，那制约运-20更大规模生产甚至出口国外的因素就不存在了，到那个时候，以运-20为基础研发的特种飞机，比如预警机、加油机等，都会大量服役，我国空军将会向着更加完善的战略空军，继续前进！祝愿搭载WS-20的运-20运输机，能早日服役！

太行发动机的广泛应用？

太行——即涡扇-10航空发动机于1987年立项，2005年完成定型审查，在2011年左右堪大用。

涡扇-10航空发动机从立项到堪用前后经过了24年的时间，在这段时间里，并没有止步于涡扇-10这一个基础型号。还先后发展了涡扇-10A，涡扇-10B，涡扇-10C等多个型号。

既然有了涡扇-10三代大推力航空发动机，那么国产战斗机就有了可用的动力之源。所以说，涡扇-10系列航空发动机也相继装备了歼10C，歼11B，歼11BS，歼16，歼20等先进战斗机。也有可能取消加力燃烧室，成为轰-20战略轰炸机的主要动力。

涡扇-10系列航空发动机的各个型号

涡扇-10A

其中涡扇10A航空发动机算是涡扇-10的初步增稳型号，基本具备了可以上机使用的性能。其加力推力为12.5吨，与原版的涡扇-10推力相当，主要装备于歼11B，歼11BH，歼11BS，歼11BSH战斗机。

涡扇-10B

涡扇-10B则是涡扇-10A的增推型号，主要使用了DD406单晶耐高温合金制造的高压涡轮叶片。其加力推力达到了13.5吨，主要装备于歼16战斗机。

涡扇-10C

涡扇-10C则是涡扇-10B的继续增推型号，加力推力或许可达14吨级别，应该安装了FADEC全权限数字控制系统，主要装备于歼10C和歼20战斗机。

其实，先期安装在歼20和歼10C上面的AL-31FM1航空发动机就配备了FADEC数字控制系统。那么取代AL-31FM1的涡扇-10C还是有必要安装FADEC，最起码达到以前相当的性能，否则也没有换发动机的必要。

涡扇-10航空发动机大规模应用的意义

随着涡扇-10航空发动机的大规模装备海空军现役战斗机，就足以证明该发动机已经，绝对，必然堪大用了。

至此，终于打破了俄制AL-31F系列航空发动机作为海空军主力战机主要动力的局面。

由此可知，现在正在量产的歼16，歼10C，歼20所用的都是涡扇-10航空发动机。未来生产的新型战斗机也会用上自研的新型变循环发动机或者组合动力航空发动机，那么未来战斗机的飞行空域绝对不仅止步于大气层内部。

目前来看，涡扇-10系列航空发动机的推力指标已经赶上了F110和F100系列航空发动机，唯有寿命和大修时间还有待提高，这一点是涡扇-10航空发动机未来的改进方向。只要该航空发动机的寿命和大修时间达到了F110和F100的水平。那才可以的证明，国产航空发动机的技术，真正达到了世界一流水平。

涡扇-10航空发动机的基本状况

涡扇-10航空发动机的核心机来自于CMF-56民用航空发动机。尽管CMF-56是被用于波音-707客机，但是其是基于F-101航空发动机研发而来的。

而F-101航空发动机则是B-1b战略轰炸机的动力来源，这样说来，CMF-56的核心机也算是一款军用航空发动机改装而来的。

这么说来的话，涡扇-10航空发动机，也算是在F-101航空发动机核心机的基础上研制而来的。毕竟那个年代，先进的军用航空发动机是禁止对我国出口的，所以基于CMF-56航空发动机的核心机研制涡扇-10也是被迫无奈的。

涡扇-10航空发动机所使用的先进技术

涡扇-10航空发动机使用的先进技术包括“复合材料外涵机匣，粉末冶金涡轮盘，空心叶片，耐高温热障涂层，电子束焊接，超塑成形进气机匣，高低压涡轮对转结构”等等。

下面就挨着来看一下各项先进的技术带来的性能提升

复合材料外涵机匣

外涵机匣主要的作用就是承接外涵通道与发动机外部设备之间的作用力，也就是作为承力结构。该设备的工作温度在280℃左右，以现有的技术，已经可以制造出耐高温在400℃左右的复合材料外涵机匣。不过在最初时候，涡扇-10航空发动机使用的复合材料外涵机匣，在技术层次上属于第一代，是可以满足在280℃环境下工作的需求。

这里的复合材料主要是由碳纤维作为增强体，聚酰亚胺树脂作为基体，通过高温高压复合而成的材料。该材料具备耐高温，抗氧化，轻质等特点。可以说，复合材料外涵机匣的使用，使得涡扇-10航空发动机外涵机匣的材料应用，一举赶上了世界的先进水平。

粉末冶金涡轮盘

涡轮盘的主要作用就是给涡轮叶片提供一个基体，通过涡轮盘的旋转，带动高低压涡轮叶片的旋转，从而使发动机正常的工作。

一般来说，在航空发动机内部，往往是高压涡轮前的温度比较高，普遍在1400℃—1900℃之间。那么，作为高压涡轮叶片的基体，那么涡轮盘也要承受相当的温度和压力。所以说，对涡轮盘的性能要求与高压涡轮叶片的要求相当。

粉末冶金制造的涡轮盘具有屈服强度高，耐疲劳性能好的特点，作为航空发动机的热端部件还是比较合适的。

目前制造粉末冶金涡轮盘的技术工艺有“热等静压，热等静压与等温锻造，挤压与超塑性锻造”。不过在涡扇-10航空发动机研制之初，使用的应该是最早的直接热等静压技术。即便如此，也为涡扇-10航空发动机的性能提升做出了较大的贡献。

耐高温热障涂层

正常来说，单靠高压涡轮叶片本身的耐高温能力，是远远达不到长久承受1400℃—1800℃高温的。

那么，为了提升高压涡轮叶片的承受温度，也就只有将其他技术与叶片本身相结合，在共同的作用下，使得高压涡轮叶片可以在较高的温度下持久的运转。

耐高温热障涂层和气冷孔就是两个比较好的选择。早期的耐高温热障涂层主要是由纳米氧化锆制造的，该材料的熔点为2397℃，还具备抗震，易复合的特点。当其与其他材料复合后喷涂到航空发动机的高压涡轮叶片上后，就可以提高涡轮叶片的抗热震，抗高温，抗氧化等性能。所以说，在耐高温热障涂层的使用下，涡扇-10航空发动机的高压涡轮叶片就可以在1474℃下运行很长一段时间。

而热障涂层按结构也可以分为“双层结构(美国)，梯度结构(欧洲)，梯度粘结层结构(我国)”。其中以我国的梯度粘结层结构制造的热障涂层性能最为优秀。

随着技术的发展，纳米氧化锆热障涂层也无法满足现代高性能航空发动机高压涡轮叶片的需求。为了进一步提高高压涡轮叶片的耐高温能力，又相继研发出铈酸镧，稀土钽酸盐这些耐高温性能，抗剥落性能更强的材料，以取代纳米氧化锆成为新型的热障涂层材料。目前来说，主要使用的就是铈酸镧，稀土钽酸盐这两种材料制造的热障涂层。

真空电子束焊接

该焊接技术主要就是利用高速电子流撞击被焊接件，使高速电子流的强大动能转化为高热能，从而进行焊接。真空电子束焊接具备焊件形变小，焊缝质量好，焊接头无氧化等特点，应用在航空发动机的制造上还是比较有优势的。

在航空发动机制造中，真空电子束焊接主要应用在风扇机匣，压气机，燃气涡轮，燃烧室，液压作动筒，传动齿轮的制造。

高低压涡轮对转技术

由于高低压涡轮同向转动时，会产生共振，而共振会对航空发动机里面的部件造成损坏，从而对发动机的寿命造成极为不利的影响。

而高低压涡轮对转就可以利用两个反向的力，使得双方相互抵消。如此一来，就可以提高航空发动机的寿命。

在F119航空发动机上面就使用了高低压涡轮对转技术，该技术可以抵消由于涡轮旋转带来的共振和作用力，除了可以提高航空发动机的寿命之外，也可以进行减重，提高推重比。涡扇-10航空发动机使用了高低压涡轮对转技术后，可以明显提高其大修时间和寿命。

涡扇-10航空发动机最为重要的高压涡轮叶片

在最初的时间，涡扇-10航空发动机的高压涡轮叶片是由DD403单晶耐高温合金材料制造。

DD403单晶耐高温合金采用的是定向凝固方法制造的，含钛量为2.1%，含铝量为5.9%，含钨量为5.2%，含钼量为5.8%，含铬量为9.5%，含钴量为5%，其他主要是镍。所以DD403又称为镍基单晶耐高温合金。该单晶耐高温合金可以在1040℃以下的环境中稳定的工作。

不过随着DD406第二代单晶耐高温合金材料的发展，涡扇-10航空发动机又用上了DD406单晶耐高温合金，作为高压涡轮叶片的材料，这时应该也就是涡扇-10B航空发动机。随着DD406单晶耐高温合金材料的使用，涡扇-10航空发动机的高压涡轮叶片的耐高温性能又得到较大的提升。所以说，涡扇-10航空发动机的推力又得到的提升，从原本的12.5吨上升到13.5吨。从性能来看，DD403和DD406单晶耐高温合金的性能达到了世界先进得水平，具备了与世界其他单晶耐高温合金材料相匹敌的能力。

综合来看，在诸多先进技术的使用下，又经过多年的研发，试飞，排故，再试飞，再排故，终于达到了堪用的程度。涡扇-10航空发动机已经成为我国海空军主力装备的必备动力来源。

那么，涡扇-10航空发动机于国外的F110和F100相比，又如何？

就拿已经确定性能的涡扇-10B航空发动机与性能相当的F110-GE-129和F100-PW-229为例子。

涡扇-10B航空发动机的加力推力为13.5吨，军用推力大于8吨，大修时间在1000小时左右，整体寿命在2000小时左右。

F110-GE-129航空发动机的加力推力为13.2吨，军用推力为7.7吨，大修时间在3000小时左右，整体寿命在6000小时左右。

F100-PW-229航空发动机的加力推力为13.2吨，军用推力为8吨，大修时间为1400小时，寿命7100小时。

综合来看，涡扇-10B航空发动机的推力指标已经超过了F110-GE-129和F100-PW-229这两型航空发动机，只是在大修时间和寿命上还达不到这两个航空发动机的水平。

而航空发动机的寿命和大修时间与材料，设计都有较大的关系。现阶段，国内航空发动机所用的材料已经赶上了世界主流的水平，而在设计方面也不好说。

而航空发动机的研发又不是一帆风顺的，是需要长久的时间和资金投入的。满打满算，我国航空发动机才发展了60多年，与美俄发展的80多年相比，还差20多年的时间。这也是国产航空发动机与美俄航空发动机的技术产生差距的主要原因。

随着涡扇-10C，甚至涡扇-10D的发展，涡扇-10航空发动机最终会在推力，大修时间，整体寿命赶上世界一流水平，成为国产三代半战斗机唯一的动力来源。