歼20专属定制——涡扇15发动机 我说过我不闪躲

最近，据权威媒透霍某新型发动机XX15已经完成了三个批次的生产，目前涡喷15早已下马，这个XX15发动机很可能指涡扇15，根据我国发动机以名山大川的命名规则，涡扇15发动机又名曰“峨嵋”，是歼20的专属定制品，也就是说歼20是按照峨嵋的尺寸来设计的。

网传的涡扇15图

硕大的雅克141

至于涡扇15的技术渊源，一说参考过雅克141的主发动机R79，据说搞到了设计图纸和一台样机，雅克141因为有升力发动机的死重，空重大幅超标，必须用推力空前的发动机，最终R79达到17.5吨的推力，仅次于AL41F，但它的涵道比达0.81，推重比只有5.6，自重达3吨，涡轮进口温度也不高，性能极不均衡，极有可能通过吃兴奋剂——补燃来达成指标的，说得通俗一点就是吸氧，这对发动机的寿命和维护性都有损害，对涡扇15的借鉴意义不大。

太行发动机

因为我们有了独立研发太行发动机的完整经验，再也不用象以前那样东拼西凑，动辄推倒重来了，峨嵋和太行之间必然有继承性，尽管设计峨嵋时太行当时还远未成熟，但基本的设计方向是对的，况且作为对标F119的神器，除了继承太行的路线，峨嵋也别无选择。

涡扇15于2006年才首次台架试车，现正紧张的进行测试，尚未定型，进度远远落后于歼20，只能用替补先行顶上，这是航空史上经常出现的桥段，无可厚非。

歼20换发领先试飞，提前将中国带入隐形时代

峨嵋的起点虽然很高，但一开始的参数却比较保守，比如总压比还没有太行高，只有28.9，比119的35有很大的差距，但“峨眉”是在比太行少三级高压压气机的情况下做到的，已属难能可贵。

峨嵋是小涵道比发动机，涵道比指的是流经外涵道和内涵道的空气量之比，又叫旁通比，旁通比这个概念表达的比较贴切，外涵流量就是从风扇处放出的一股气流，就象从大江分出的一条小河在外面流了一圈，在加力燃烧室或尾喷口处又重新汇入内涵道这条大江。如果没有外涵支流就是涡喷发动机，所以涡喷发动机可以看作涵道比为零的涡扇发动机。涵道比这个概念后文讲变循环时还会用到，非常重要。外涵气流因为没有经过高压压气机的增压，流速较慢，与内涵气流混合后能够降低排气速度，减少动能损失，因为不但进气的时候有气流动能损失，排气时也有。

喷气式发动机是利用喷流的反作用力来推动飞机的，推进效率是指能用于推进的功率与总的机械功率之比，它由排气速度与飞行速度的比值决定，如果排气速度大于飞行速度表明了燃气动能有损失，涡喷发动机由于没有外涵气流的减速效应，排气速度较快，因此在亚音速阶段，推进效率较涡扇发动机低，超过音速以后，随着飞行速度的提高，涡喷发动机的推进效率开始提高，涡扇发动机则与之相反，开始下降，直至开加力冲刺时，涡喷发动机的耗油远小于涡扇发动机，这反映的实际上是推进效率随涵道比的变化曲线。因此，超音速巡航需要用小涵道比发动机，峨嵋的涵道比是最0.38，这个值的涡扇发动机在进行超音速巡航时，各种状态处于最佳。

涡喷发动机明显皮薄

外涵汽流也没有通过燃烧室，所以温度较低，它通过吸收内涵的热量，转化成自身的压力和流速，进而增大总的推力，从而提高了发动机的热效率，表明发动机有更多的能量用于机械作功。虽然热效率只能达到50%，但比汽车用的活塞发动机和舰船用的燃气轮机不到40%的热效率高多了。

虽然涡扇发动机降低了排气速度，但并未降低推力，因为增加了外涵的排气流量。涡扇15必须在涵道比减小的情况下保持较高的推进效率和热效率，而不以牺牲其它性能为代价，拆了东墙补西墙，不能称其为新一代航发，此外涡扇15应该会采用混合排气来降低红外特征。

因为外涵气流可参与加力燃烧，涵道之比也一定程度上反映了加力比，对于带加力燃烧室的涡扇发动机来说，涵道比大则加力比大，涵道比小则加力比小，比如AL31F发动机，其涵道比为0.6，加力推力达12258千牛，而中间推力只有7620千牛，涡扇15相当于用小的外涵通道来减小阻力，因为大外涵增加的推力不足以抵消其加大发动机直径所带来的阻力。

F119的绚丽喷流

涡扇15的最大直径1.02，F119为1.13米，长度5.05米，F119为4.826米，通过对比可以发现，涡扇15的设计思想与歼20一样都是以减阻来弥补推力的不足。

峨嵋依然延续了太行的双转子结构，直径更大的风扇因叶尖激波而需要降低转速，如果只有一根轴，就会对高压压气机造成拖累，使得其压比降低，双转子解决了这个弊端，而对转结构则减小了发动机传递到机匣上作用力，使涡扇15的机匣有可能应用比树脂更轻的材料，进一步减重。

涡扇15的指标已接近传统发动机的极限，在基本原理没有改变的情况下，只能在材料和工艺上作文章，减小金属材料的使用比例，尽量在发动机冷端部件应用树脂基材料，不再用阻燃钛合金，在热端部件应用陶瓷基复合材料，至于新工艺，主要是通过控制材料纤维的走向，来增加强度。

发动机的换代周期很长，革命性装备的出现需要技术的全面进步，几十年前就甚嚣尘上的激光武器被吹上了天，美国还制定了野心勃勃的发展规划，但都因为技术不成熟相继下马，到现在激光依然无法取代导弹，更别说难度更大的航空发动机了，当务之急集中力量攻关传统发动机，传统航发遭遇瓶径，正是我们恶补的良机，美帝在前面也翻不了天。

涡扇15已经应用第三代单晶涡轮叶片，并且实验成功了两种新材料——铌钛铝和铼，铌钛铝合金密度只有西方的镍基合金的一半，在总体依然落后的情况下，有望局部赶超，但材料的化学原素过多冶炼过程中的不确定因素也就越多，但我国注定别无选择，只能硬着头皮埋头研发，铼是迄今为止自然界最后发现的稀有元素，熔点为3180摄氏度，仅次于钨，而它所拥有的极高强度和塑性却是钨不具备的，而且其在剧烈温差下的形变极小，适合用于矢量喷管。依然面对人家总体上的优势，不得不兵行险着，冒险采用一系列新技术，在一定程度上还是要走以维护性和寿命换性能这条路。

涡轮叶片

涡扇15在设计阶段就考虑了推力矢量喷管的整合，可见歼20一开始就是想把矢推融合进飞控的，只是因为发动机滞后的缘故才不得不让鸭翼+边条的气动布局唱“独角戏”，为了迁就隐形，鸭翼和边条不能采用三代机那样的最佳设计，但是为了达到超级机动性，只能用推力矢量控制来弥补，通过矢推版歼10的优异表现，证明太行的矢量喷管技术已经成熟，移植到涡扇15上也算物超所值，三元矢推能够使得超视距空战中的歼20尽量少用或不用气动控制面，极大增强了隐形能力。

歼10的矢量喷管

另外，在涡扇15上应用变循环技术也是不错的思路，目前世界上唯一涉足变循环的发动机是通用的F120，它通过第一级高压压气机的放气来改变外涵道的流量，进而改变旁通比，变成双涵道发动机，可以在涡喷和涡扇之间转换，在单涵道即涵道比最小的状态，外涵的微弱气流仅仅用于冷却，通过变循环，发动机的涵道比始终处于最佳工作点，F120的最大推力达到15.88吨，变循环使得军用推力进一步提高，耗油进一步下降，只是复杂一些，象燃气轮机的复杂循环一样，航发的变循环并不涉及高门槛的材料和工艺，主要在外涵的冷端部件做文章，对涡扇15而言不失为一条捷径，可以暂时避开内涵的拦路虎们，但无疑会更加复杂，但变循环至少比三转子简单一些，就是苦了我们维护人员，向他们致敬。

装备F120的YF23战斗机

要想性能再有代级提升必须寄希望于新原理发动机，涡扇15一类的传统航发都属于爆燃发动机，火焰的传播速度低于音速，燃速低，热效率就低，下一代最有前途的是连续旋转爆震发动机，能量以超音速传导，就象飞机破音障会出现音爆一样，爆震发动机将燃烧升级为爆炸，它是用燃烧室中连续旋转的爆轰波来做功，有点类似于超燃冲压发动机，不过控制难度增大，因为工况变化太快了，发动机控制计算机必须有超算的水平才有可能驾驭爆震发动机，不过这太遥远了，目前还处于概念阶段。

涡扇15于2015年首次高空试车，目前很可能已经进入飞行台阶段，先是装到伊尔76和轰6上试飞亚音速包线，再混装到歼击机上试飞全包线，希望我们尽快看到它纵横蓝天的身影。

总之，航发的水太深了，比政治家的套路都深。区区几千字实在说不了多少东西，最后希望大家都来关注涡扇15，关注中国航发。