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不容小觑日本研制出第5代航发曝矢量喷口《资讯》

发布时间:2020-08-17 13:09:55 阅读: 来源:电烙铁厂家

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2019年3月21日,日本媒体首次公开报道了其第五代战斗机和发动机技术发展的现状,据日本防卫省防卫装备厅透露,石川岛播磨重工业公司已完成下一代战机用XF9-1发动机原型机的制造,目前测试情况非常顺利,日本媒体透露XF9-1发动机的研制进度可能远超过外界对其的基本认知,其交付时间将可能大幅度提前。

2018年6月,石川岛播磨重工(IHI)向防卫装备厅交付了XF9-1发动机原型机,由于采用了第五代单晶等新材料,涡轮前温度达到1800℃。

随后该发动机在试车中连续实现不加力推力110kN、加力推力150kN的预定指标,计划于2020年1月前完成包含高空台在内的测试试验。未来研发目标是不加力推力130kN,加力推力200kN,与F-135相当,按照日本人提供的研制时间表,我们发现其惊人的研制推进速度,如果2020年开始进行高空台测试,甚至可能赶在我国涡扇15上高空飞行台之前进入高空台测试阶段,而后者的研制时间比XF9-1发动机提前了8年。

更惊人的是,在最近曝光的照片我们可以发现,XF9-1发动机在实验台测试时,首次展示了轴对称矢量喷管的工作情况。

照片中,我们可以发现XF9-1发动机采用了收敛-扩张型轴对称矢量喷管结构,这个喷管系统由3个均匀分布的A9矢量喷管组成,日本人这个设计的巧妙之处在于,当喷管处于非矢量状态时,三个A9矢量喷管同步动作,且其产生的推力与发动机轴线重合;当尾喷管处于矢量状态时,三个A9矢量喷管异步动作,使发动机尾喷管轴线偏离发动机轴线,从而实现XF9-1发动机喷口的转向,保证了战斗机执行推力矢量的实现。

这个现代化的收敛-扩张型轴对称矢量喷管与我国涡扇-10某型发动机以及俄罗斯的五代发动机——产品30发动机处于同一水平,完成度相当高,并不像一个试验品,让人感到不可思议的是,在此之前,虽然日本 展示了XF3-400技术验证机,但XF9-1这个矢量喷管我们从来都不知道它的存在,显然日本人长期秘而不宣的进行了秘密研究。

我们知道,二战以后,日本自主研制的航空发动机型号稀少,只有寥寥几型 ,其型号研制经验与航空强国、大国相比或有不足,但日本的研制经验和能力一直在增强。

1973年,日本IHI开始研制XF-3发动机作为T-4教练机的动力,1987年F3发动机正式服役,最大推力为16.7kN。

随后,XF-3发动机的改进型XF-3-400技术验证机进一步将推力增大到33.3kN,并利用XF3-400进行了二维推力矢量技术验证,使得日本成为当时少数掌握推力矢量技术的国家。此外,日本在几年前研制的XF5-1发动机质量为644千克,不开加力推力为50kN,不加力推重比为7.8。与之相比,美国F119虽然最大推重比为10.7,但不加力推重比只有7.2,XF5-1发动机的一些性能是十分惊人的。

实际上,除去美军的F-119和F-135发动机之外,目前世界上只有俄罗斯和中国正研制的军用大推力小涵道比涡扇发动机,这两个国家的产品30和涡扇15发动机刚刚进入高空飞行台阶段和接近进入高空飞行台阶段。

作为后来者,日本到底是怎么做到在发动机领域的“弯道超车”呢?笔者认为,日本在发动机核心机研究上的扎实投入,成就了日本军用发动机技术的一个奇迹。

众所周知,随着航空发动机技术的不断发展,发动机研制难度不断提高,研制周期也逐渐加长,研制程序也相应复杂。通常发动机的研制周期要比飞机的研制周期长。

早期,每隔10年就出现一代新的发动机,从上世纪70年代的典型数据表明,新一代发动机从概念研究到投入使用约为15年,而90年代的战斗机发动机如F-119和F-135从概念研究到定型经历了30年以上。如果在飞机研制的同时开始发动机的研制,发动机的研制进度必然满足不了飞机的要求。

但是通过开展核心机的研制,可以比较好地解决这一矛盾。

因为核心机可以在不针对具体型号的前提下提前研制,有足够的时间进行调试、修改和结构完整性的考验,这样降低了技术风险,又解决了可靠性、耐久性等问题。

当新的飞机设计要求定下来之后,根据其战术要求,派生的新发动机研制周期就大大缩短。国外的经验表明,在一台成熟的核心机上派生新机,周期只要 5年左右。

而核心机是涡扇发动机极其重要的组成部分,包括了发动机系统中温度最高、压力最大、转速最高的组件和系统1压气机、燃烧室、高压涡轮、传动等,所以,对核心机性能的掌握程度是发动机改型或新发动机研制能否成功的关键,而上诉这些零配件和组建恰恰都是日本最擅长的,这里就是日本人的第二个优势,那就是材料和材料加工技术。

实际上,日本在材料领域技术实力非常强大,高温合金、陶瓷基复合材料(CMC)、碳纤维复合材料、树脂基复合材料等,都实力不凡,特别是未来三大航空材料,日本几乎全部领先,位居世界第一或者第二,这让日本成为世界航空发动机主要高技术材料的供应商,同时也成就了日本的航空发动机零配件第一供应商角色,上世纪90年代末以来,日本航空发动机制造商能够成为世界领先航空企业的一级供应商,日本参与国际合作承担的研制任务包括了风扇叶片、低压压气机、低压涡轮、风扇机匣、涡轮机匣、齿轮箱这类冷端部件,以及燃烧室这类热端部件,其相应的研发能力都处于世界前列。

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