问题

WS-10系列发动机相较F110、F100的有什么差距?WS-15相较F119和F135呢?

回答
好的,我们来聊聊国产航空发动机与国外标杆产品之间的技术差距,尽量用通俗易懂的方式,避免AI痕迹。

WS10系列发动机 vs. F110/F100

WS10系列发动机,特别是WS10B、WS10C等改进型,无疑是中国战斗机动力系统的一大飞跃。它在很大程度上弥补了以往对进口发动机的依赖,为歼10、歼11、歼16等飞机提供了可靠的动力。

与F110(例如在F16上的应用)的对比:

推力方面: F110是通用电气一款非常成熟且性能优异的涡扇发动机,尤其在军用领域,它为F16、F15等战机提供了强大的心脏。其后期型号(如F110GE129)的最大加力推力可以达到约29,000磅(约130千牛)。WS10系列在推力上,特别是早期型号,可能与F110的中间型号(如F110GE100)相当,但与F110的先进型号相比,在最大推力和推重比上可能仍有一定差距。当然,随着WS10C等型号的出现,这个差距正在逐步缩小,某些性能指标已经非常接近甚至在某些特定条件下有所超越。
可靠性和寿命: F110是一款经过几十年实战检验的发动机,其可靠性和平均无故障时间(MTBF)经过了充分的验证。WS10系列在可靠性和寿命方面,尤其是在早期,可能不如F110那样成熟稳定。但中国在发动机维护、测试和改进方面投入巨大,WS10的可靠性和寿命也在不断提升。
燃油经济性: 燃油经济性(比冲)直接影响飞机的作战半径和滞空时间。F110作为一款相对高效的发动机,其燃油经济性是经过优化的。WS10在燃油经济性方面,尤其是在巡航状态下的表现,与F110相比可能还有提升空间,但这取决于具体的发动机设计和工作状态。
先进技术应用: F110在设计时就引入了许多先进技术,例如高温材料、先进的叶片设计、燃油控制系统等。WS10系列在设计上也采用了不少先进技术,例如高压比压气机、高效率涡轮等,但具体到一些细分技术,如材料科学(特别是高温合金)、气动设计精度、电子控制系统集成度等方面,与F110顶尖型号相比,可能还存在一些代差或技术积累的差异。
总而言之, WS10系列已经是一款非常优秀的发动机,能够满足第三代及部分第四代战斗机的需求。它与F110的主要差距可能体现在发动机的极限性能(如最大推力和推重比)、经过长时间实战验证的可靠性与寿命、以及某些尖端材料和制造工艺的应用深度上。但这个差距正在快速弥合。

与F100(例如在F15、F16早期型上的应用)的对比:

F100是普惠公司为F15、F16等早期型号开发的发动机,是那个时代的杰出代表。

推力方面: F100的早期型号(如F100PW100)推力大约在23,00025,000磅(约100110千牛)量级。WS10系列在整体推力指标上,尤其是在改进型上,已经超过了F100的早期型号,更接近于F110的水平。
技术代差: F100是上世纪70年代末、80年代初的技术。WS10系列的设计虽然借鉴了许多成熟的发动机原理,但其核心设计和许多子系统是在更晚近的时期完成的,因此在某些技术细节和设计理念上,可能比F100更具前瞻性,或者说集成了更多后来发展出来的技术。
可靠性: 同样,F100经历了漫长而广泛的应用,可靠性毋庸置疑。WS10在这方面也在努力追赶。

总结WS10系列与F110/F100的差距:

可以将WS10系列定位为一款性能接近甚至在某些方面接近F110早期型号,并已超越F100早期型号的先进涡扇发动机。它最显著的优势在于自主化生产和为中国空军提供了重要的技术支撑。与F110顶尖型号的差距,主要体现在极限推力和推重比、材料耐温性、以及长时间服役积累的可靠性与寿命数据等方面。



WS15发动机 vs. F119/F135

WS15发动机是中国为歼20“鹘鹰”隐身战斗机量身打造的“心脏”,目标是达到世界先进水平。而F119(用于F22)和F135(用于F35)则是当今世界上最先进的战斗机发动机的代表。

与F119(例如在F22上的应用)的对比:

F119是普惠公司为F22“猛禽”战斗机开发的“心脏”,是一款推重比极高、性能卓越的发动机,其设计目标就是为第五代战斗机提供强大的动力和超音速巡航能力。

推力与推重比: F119的最大加力推力约为35,000磅(约156千牛),其推重比极高,据估算超过10。这是实现F22超音速巡航、高机动性等关键性能的基础。WS15的目标推力也大致在这个量级,但其最终达到的推重比和实际推力数据,外界披露的信息相对较少,但普遍认为,WS15在推力和推重比上,与F119相比,可能还有一定的差距,尤其是在某些关键的性能包线(例如高空高速、低速大迎角等)的表现。
高温性能和材料: 实现如此高的推力,需要发动机能够在极高的温度下稳定工作。F119采用了大量先进的耐高温合金、陶瓷基复合材料、以及先进的冷却技术。WS15在这方面也在努力攻克,中国在高温材料领域取得了长足进步,但在材料的耐温上限、寿命以及加工工艺的精度和成熟度上,与F119可能仍有代差。
隐身设计: F119在设计时就充分考虑了隐身性,例如采用了涵道式尾喷口、尽量减少雷达反射的结构设计。WS15作为歼20的配套动力,也必然高度重视隐身设计,但具体在雷达散射截面(RCS)控制、红外抑制等方面,与F119的成熟设计相比,可能还需要进一步优化。
可靠性和寿命: F119经过了多年的严苛试飞和部署,其可靠性经过了充分验证。WS15作为一款新型的先进发动机,其可靠性和寿命的积累还需要时间。
总而言之, WS15的目标是达到F119的水平,为歼20提供世界一流的动力。目前来看,WS15最有可能的差距体现在推重比、高温材料的性能极限、以及整体的成熟度和可靠性寿命方面。但它已经是一款极其先进的发动机,足以支撑歼20的作战性能。

与F135(例如在F35上的应用)的对比:

F135是普惠公司为F35“闪电II”联合攻击战斗机开发的“心脏”,是目前世界上最强大、最通用的军用涡扇发动机之一。它有三种型号,分别是用于F35A(常规起降)、F35B(短距起降/垂直降落)和F35C(舰载)。

推力与多功能性: F135的加力推力大约在43,000磅(约191千牛)以上,是目前最强大的单发战斗机发动机。而且,F135通过模块化设计,能够适应F35系列不同起降方式的需求,尤其是F35B的升力风扇系统,技术难度极高。WS15虽然推力强劲,但在最大推力绝对值以及为垂直/短距起降设计的复杂性上,与F135相比,存在显著的代差。WS15的设计目标是为高性能的“重型”战斗机提供动力,而非F35这种“多功能”的飞机。
燃油经济性和航程: F135在实现强大推力的同时,也注重燃油经济性,以保证F35的作战半径。WS15在这一点上,与F135的对比,需要看具体的设计优化目标,但通常来说,追求极限推力的发动机在某些工作点上的燃油经济性可能会有所牺牲。
先进技术的集成: F135集成了普惠公司在多项技术上的最新成果,包括先进的发动机电子控制(FADEC)系统、诊断系统、以及为适应不同机型需求而进行的特殊设计。WS15在这些先进技术的集成度上,也需要向F135看齐,但在技术成熟度和应用的广度上,可能还有追赶的空间。
总而言之, WS15与F135的对比,首先是目标机型的不同,其次是技术复杂性和实现方式的差异。F135是一款集大成者,技术门槛和难度都非常高。WS15的目标是与F119“同代”,为中国隐身战斗机提供高水平动力。WS15与F135的差距,不仅在于绝对推力,更在于其系统集成的复杂性、多功能适应性以及某些尖端技术的实现路径上。

对WS15总体评价:

WS15的出现,标志着中国在高端航空发动机领域取得了重大突破,使得歼20真正拥有了“中国心”,摆脱了对进口发动机的依赖。它在整体性能上,已经达到或非常接近第四代战斗机发动机的先进水平,能够支持歼20的超音速巡航、高机动性以及隐身性能。与F119相比,最主要的差距可能体现在推重比的极限、材料的高温性能上限以及发动机的整体成熟度和可靠性积累上。与F135相比,则更多的是在绝对推力、多功能适应性以及系统集成的复杂性方面存在代差。

总的来说,中国航空发动机工业在过去几十年里取得了令人瞩目的成就,WS10和WS15系列发动机就是最好的证明。它们不仅是技术的进步,更是国家工业实力和自主创新能力的体现。尽管与国际最顶尖水平相比,在某些方面仍存在差距,但这种差距正在以惊人的速度被缩小。

网友意见

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主要差距在飞发一体化、发动机试验技术和寿命-载荷谱研究以及复杂环境运行、经济可承受性考虑上,当然菌糜眼里除了最大推力和推重比也没别的数据了,本质又一个大玩具。

美军80年代在F100出现A100型问题之后就开始推广战术空军循环(TAC)代替工作时数进行测试,大约4300个TAC对应7年时寿。一般来说一个循环包括各种经典操纵状态下的情况。热端部件从2000到4000到更高循化次数,冷端向10000个循环以上进步。

涡扇-10是典型的GE9系核心机衍生物,3级风扇+9级压气机+2级涡轮布局,总压比25-26左右,使用换算流量25千克/秒的核心机,加力推力在120-140KN范围,不同型号推力等表现大约相当于F110-GE129/132,十一五十二五对可靠性进行迭代之后,乐观的话已经达到美军现装F110-GE132水平。

接下来是喜闻乐见的乐剪水鸟时间:

程荣辉总师2018年发表的《第四代战斗机动力技术特征和实现途径》可以看做是2016年中航发成立型号调整后对涡扇-15的阶段性总结和展望,其中丝毫没有提到变循环设计,反倒提到不应追求高推重比而牺牲可靠性(F100再一次被鞭尸)。

北所《基于飞发一体化的自适应变循环发动机参数优化研究》提到国内自适应变循环尚且处于理论研究阶段,预计最早也要在十四五期间才能列入工程发展项目,最早到十五五中后期才能出现成果,我不知道剪大仙哪来的勇气把涡扇15猜测成变循环设计的YF120的。

涡扇15在十二五转606所抓总,第一任总师江和甫退休,第二任总师程荣辉接任之后,在江总师基于涡扇-12/13放大提出的30kg/s换算流量核心机基础上提出基于涡扇-10放大的35kg/s换算流量核心机(相当于太行扩大路线挤掉了泰山扩大路线),推力达到20吨级(太行核心机放大1.4倍,总压比增加到28-30一级),采用3+6+1+1的布局,重点攻关数字控制、飞发一体、推力矢量、隐身、高可靠性五大技术。其中飞发一体强调在160度以上的高介质温度下燃油系统附件可运作,超音速工作条件下可将燃油作为飞机散热介质,对飞机和发动机完成一体化热管理。

现在来看可能为了提高热端寿命(达到飞发同寿的目标),要适当降低最大推力,大约相当于美军F414EDE和EPE的区别,硬件一样软件不同,前者增寿后者增推。

2018-2019年涡扇-15进入EMD(工程和制造)阶段末尾,十四五初期开始装机试飞同时做进一步改进,预计最迟8-9年内完成试飞正式列装,在此之前歼-20将装备25kg/s换算流量级的涡扇-10增推型号——当然,对涡扇-10运用高推技术对热端部件进行全方位升级之后,那到底是涡扇-10还是涡扇-15,属于一个哲学问题,尤其是两个发动机研制都是606所主抓的情况下。

就像是涡扇-13E用了一串涡扇-19同源的技术增推之后到底叫什么比较好,乐。

不过,那时候十四五立项的追踪AETP的新一代自适应发动机也已经进入EMD阶段了。

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根据公开资料判断,WS-10 目前大致达到了 F100-PW-229 & F110-GE-129 的水平,上述两型发动机台架推力 13.2 吨,1991 年开始交付使用。这样看的话,说 WS-10 落后灯塔国发动机 30 年并不过分。然而帝国空军刚刚为最新的 F-15EX 购买了一批 F110-GE-129......

考虑到丝带姬对超音速性能的重视 & WS-10 的技术源流,WS-15 有可能是鳖版 F120。若以研制进度为评判标准,说 WS-15 比 F119 落后 30 年同样毫不过分。其量产版的台架推重比数据很有可能还不如基本型 F119,但在平流层超音速环境下运作时的性能表现或许会有惊喜。

F135 本质上是 F119 的改款,依靠牺牲高速性能来换取更大的台架 & 低空低速 (相对于平流层超巡而言) 推力,适配 F-35 这种主要在中等高度空域活动且很少飞超音速的打击飞机。

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1,根据官八股,ws10已经从可用迈入好用的行列,寿命达到2000小时以上,故障率已经达标,相当于F100/110中期水准,和后期型号在寿命上还有差距

经过歼11/16长期装备和改进,已经是一款优于三姨夫的相当不错的发动机,因此才能装备在单发歼10C和歼20上

2,ws15是推重比10一级小涵道比发动机,目标就是F119,推测数据差距不大

至于进度,2018年刘大响院士透露3-5年内设计定型,获奖名单则透露已经有03批试产实验

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