候知健

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在近几年的太行新改型上，可靠性已得到脱胎换骨式的进步、可作为主力发动机型，歼20大批量生产服役的关键瓶颈之一已被完全打破。

但对于五代机，太行改型在高空高速下的推比还是严重不足、尤其是不能满足超巡的需要。真正的四代发动机，在超巡状态下的无加力推比，不是比三代发动机高25-30%，而是要高出至少100%以上。

歼20在未来要获得完整的五代机动力性能，还必须靠第四代发动机涡扇-15的涅槃重生。

从现在太行的情况和国内近年公开的四代发动机研制资料来看，如果能有效克服管理体制上的问题，在未来若干年内，国内完全有潜力实现太行的魔改式性能提升和涡扇-15的顺利研制。

一：三个原因导致太行发动机前期可靠性差，历经艰辛后脱胎换骨

太行发动机在设计定型后相当一段时间内，性能和可靠性都不理想，直到近几年才真正开始堪用；发动机本身固然可以说是脱胎换骨，但期间的历程也是极其艰辛。

导致这一现象的最主要原因有三个：

1、太行发动机的前期研制过程中，管理体制落后，而且落实不到位。因此指标在一开始定的虚高，试验结果和设计依据又不够扎实，在设计层面上留下了太多的问题，需要在后期花费大得多的精力，才能尽量找出并予以有效修正，这是最主要的原因。

2、逆向测绘设计看似捷径，实则存在非常严重的边际效应局限性，而且太行所参考的原型机并不是理想的选择。

3、建国后，航发领域真正有价值的研发经验太少，而且没有能有效累积和分析，并将其总结为相关的设计规范标准、并进一步深化研究上升为理论成果。相较于太行所需的技术水平，国内的基础能力——无论是理论研究，还是工程上分析处理疑难杂症，在相当长时间内还是过于孱弱了。

1、CFM-56和战斗机发动机多数设计取向相反，核心机差异明显

太行核心机参考的CFM-56，其核心机源于B1家族使用的F-101发动机，F-101又衍生出了F-110发动机。

由于型号核心设计上的血缘联系，很多人喜欢把F-110作为太行的参照物，认为二者的核心机设计高度近似，因此各方面特性也会高度近似，这种观念其实是完全错误的。

图：F-101

图：CFM-56

由于亚声速客机和战斗机的巨大差异，F-101到CFM-56，和F-101到F-110，核心机的改进设计方向完全不同。

比如亚声速客机的使用需求中，完全不考虑12500米以上的海拔、超声速飞行、剧烈机动（高过载、大迎角）飞行；最为重视平均油耗、检修使用寿命。这就必然导致CFM-56的核心机，在设计上重点优化亚声速和中低空区间的燃烧效率，推力更依赖外涵道，缩小喘振裕度，限制推力变化速度......

以国内当时的能力，在太行设计初期，很难完整判断出CFM-56核心机设计中，哪些部分是针对客机飞行需求做的优化设计。而对于战斗机飞行需求来说，这些改动实际上就是人为的劣化设计。

图：早期的太行发动机做这个动作，大概率要喘振停车

这作为一个关键性因素，导致了太行初期很多问题，比如高空高速性能不佳，慢车到最大加力的推力响应速度慢，高速高过载机动下容易喘振熄火，空中再启动性能差等等。

在近些年的太行改进中，核心机的设计优化是至关重要的工作内容。这种优化不仅包括对早期具体设计缺陷的排除，也包括对CFM-56核心机原始性能优化倾向的针对性扭转。

这些改进，建立在逐步吃透太行核心机的基础上。相关的“补课”和“还欠债”过程，是在后续的试验和实际使用中，通过不断暴露问题、分析现象机理、提出改进措施、验证措施有效性来实现的，非常繁琐和艰难。

2、太行在相当长一段时间内，并没有能吃透CFM-56核心机设计

图：本书2013年出版，现在的太行比起2013年，已经有了非常大的进步

这里举两个例子，均源于《中航工业首席专家技术丛书——航空发动机机械系统常见故障》一书。这本书是太行设计单位副总师陈聪惠的工作笔记整理脱密而来，是最直接的第一手资料。

图：与CFM-56和F110联系比对的情况，几乎出现在了所有太行相关的章节中

1、疑难杂症处理。太行服役初期，相当多遭遇疑难杂症的时候，设计方第一反应是首先寻找CFM-56和F-110发动机的类似故障资料，参考其机理分析和改进措施。

2、太行关键轴承的润滑，采用了西方主流的环下供油设计，通过在内圈上开孔，让大流量的润滑油从该孔喷射到轴承内部实现冷却和润滑，理论上应该是效果可靠优秀的。

但实际使用结果证明，该润滑设计却效果不佳，后来不得不添加外部润滑油喷射嘴进行强化，导致润滑油消耗量显著高于AL-31F系列。

图：国内引进的斯贝发动机，即采用西方主流的环下供油润滑设计，可靠性良好。太行的润滑问题说明，国内之前从未认真去吃透西方优秀产品的设计精髓所在

上述两个例子，无论是自主设计却需要优先参考外方的技术分析和改进方案，还是同样的设计却达不到同样的性能和可靠性表现；都是基础能力和积累不足，未能“吃透”原设计机理的典型结果。

近年来的新太行发动机，相较于早期太行的改进，最大的改善并不在于最大加力推力的增大；而在于可靠性提升、故障率降低，并缓解/消除此前提到的各类缺陷——这是真正开始切实掌握核心机的表现和必然结果。

3、即便有更理想的参考对象，逆向测绘设计依然不是真正的捷径

通过逆向测绘设计，仿制方可以迅速获得一个技术先进、明确可行、设计水平大幅度超越自身现有能力的基础方案。如果把先进国家的被仿制目标评价为100分，那么通过逆向测绘设计，后发国家可以在较短的时间内，拿出来一个60-80分的山寨产品。

图：航发叶片

但是由于没有对方包括设计图纸、工艺流程等在内的全套资料，通过逆向测绘形成的设计，一定会和原设计存在一定程度的差异。由于仿制方是能力上明显落后的一方，相关设计差异只能带来负面性的影响，使山寨产品的性能指标和可靠性不及原品。

比如任何机械加工都是存在误差的，即使是精密测量多台样品部件的实际尺寸进行统计分析，最后得到的结果依然会偏离初始的设计值。最直观的物理尺寸尚且如此，刚度等其他性能也是同理，而且更难以把握相关的误差及其匹配设计。

在这种限制下，仿制方在一开始能得到的，只能是一个设计依据严重不足的近似设计产品。

由于设计上的总体近似性，它能实现原产品的大部分功能和性能指标，拿到60-80分。而由于设计上的细节差异性，它一旦遭遇较为严苛的工作环境、或者试图实现原品的极限性能指标，就会遭遇各种各样的故障甚至是事故，始终要差上20-40分。

相较于前面“知其然”就能拿到的60-80分，要补上后面的20-40分；仿制者每一个非常细节的改进措施，都必须“知其所以然”，技术难度和所需的分析、计算、试验工作量陡然增加；前期看似被绕过的代价，到了这一步就要连本带息的加倍偿付。

太行在前期遭遇的各种挫折，实际上并不仅仅是一个型号工程中的具体技术问题，而是项目难度急剧提升后，多年来国内航发研制上各种历史遗留问题的累积性爆发。

与之对应，太行发动机的改进过程，也是国内航空系统不断补课和交还欠债的过程。

实际上，太行成熟的最近这几年，才是中国锻炼出较完整三代机发动机研制能力的真正历史节点所在。

二：涡扇-15成熟仍需耐心，但四代发动机技术可提前反哺太行

和一些军迷、体制内专家宣传的不同，涡扇-15在设计初是不是要超巡、是不是要具备隐身能力上，经历了非常巨大的争议。原因倒也简单，要实现这两个功能，能力基础不足，技术难度极大。

在1996年，沈阳航空发动机研究所发表了一篇论文，名为《国外第四代歼击机发动机的特点和我们应如何发展的几点意见》。在文中，该所重点强调了以下观点：

“除非飞机在战术上非常需要，这一条（超声速巡航能力）以不考虑为宜”。
“（隐身性）这方面我们毫无技术基础，如有需要，可以开展些工作，但只能有某种程度的改善。”

图：对歼20有足够兴趣的话，这本书必读

而负责歼20隐身设计的桑建华副总师，在2013年公开出版的《飞行器隐身技术》一书中，曾经用这样的措辞来形容涡扇-15与歼20项目的匹配过程，可想歼20设计单位与涡扇-15设计单位间，围绕发动机是不是要具备隐身能力，矛盾激化到了何种程度。

“飞行器上最大和最昂贵的系统——动力系统，也就是发动机，也必须按隐身设计要求来进行设计。其采纳隐身技术要求可能遇到的阻力，要远远大于前面所述的所有系统的综合，更大于发动机自身所产生的推力。”

图：F-119

受到国内近些年来的癫狂舆论影响，绝大多数人极大的低估了四代发动机的研制难度。特别是普遍简单的认为，四代发动机的性能提升，就是把发动机推重比从8提升到10，也就单位重量产生的推力，在原有基础上提升25%。

实际上这是彻头彻尾的误解。三代发动机的最大推重比，相当大程度上，是依赖于加力燃烧室的鸡血模式实现的。

图：加力燃烧

在这种鸡血模式中，发动机要大量喷射燃油到燃烧室后方的加力燃烧室进行补燃，从而大大增加燃气的能量，能有效提高燃气的喷射速度，形成巨大的额外推力。

开启鸡血模式的代价也非常明显，油耗至少是原来三倍以上，而且热负荷急剧升高。

无论是机身内燃油储量限制，还是为了避免烧坏发动机和后机身，都不允许五代机使用鸡血模式维持长时间、长距离的超声速飞行。对于需要超巡的五代机，它必须在不开鸡血模式的前提下，依然能在高速下产生足够巨大的推力。

刨掉鸡血模式的推比加成，考虑到航空发动机在中高空和超声速状态下的推力衰减，F-119这样的四代发动机，相较于F-110这样的三代发动机，超巡下的推比提升不是25%，而是100%以上。

图：F-15加力全开的机动性，也只能与F-22不开加力相比。当然F-22对三代机的机动性压制优势，除了发动机之外，还源于先进的气动和飞控设计

同样的，如果歼20需要实现F-22的完整超巡功能——全程不开加力，就能完成爬升、加速、突破声障进入1.4-1.7倍声速巡航状态；那么在超巡所在的高度和速度范围内，涡扇-15不开加力的推重比，必须要比太行高出一倍以上。

任何一个国家都不可能违逆这样一条技术规律：在太行这样推比8一级发动机都没有真正吃透之前，根本不可能有研制大推力超巡发动机的真实能力水平。在能力尚不具备的情况下，只宜安排核心技术的探索性预研，而不该上马具体的型号项目。

即便是强行规划项目上马，结果也只会更糟——在技术能力远不足以支撑项目性能指标的前提下，强行通过的设计方案中必定存在大量的缺陷和错误，在后期必须经历大幅度的修正改进，甚至不能排除核心设计需要完全推倒重来的情况。

图：国产四代发动机试验中破碎、并导致发动机爆炸的钛合金叶盘

在2018年截稿、公开出版的《航空发动机钛合金叶片制造技术及失效分析》一书中，披露了国内第四代发动机钛合金叶片的失效案例，并总结陈述到：

““在新研制的某型发动机上，用该合金制造的整体叶盘，曾发生多次爆破，整个结构件碎成数十块，爆破的原因尚不清楚。”

基于这一点来判断，涡扇-15在近几年内装备歼20的几率很低。但这并不意味着在涡扇-15成熟之前，歼20就不能获得发动机性能的显著提升。

图：整体叶盘这样的四代发动机技术，可提前在三代机上进行试验、并大幅度改善三代发动机性能

事实上在发动机研发制造中，无论是以三代发动机作为平台，提前验证一些四代发动机所必需的材料、工艺、部件设计；还是以四代发动机作为技术源头，移植其材料、工艺、部件设计给三代发动机，形成魔改三代半产品，都是很常见也很成功的项目规划措施——而且两者本身也是相辅相成。

就目前国内的航发研制情况来看，太行发动机的成熟，代表着国内航发研制的补课和还债任务已经基本完成，基础能力已经脱胎换骨，研发四代发动机的时机已经开始成熟。

只要能理顺管理体制上的问题，涡扇-15在未来的研发工作，会比此前要顺利得多。

如果能有效吸收先进国家的管理经验，实现四代发动机研发和三代发动机改进的良好协同，乐观的估计，在十年之内，太行发动机将持续获得显著的性能改进的同时，涅槃重生的涡扇-15也将能成为歼20的标准配备，从而获得真正完整的五代机动力特性。

国发版歼20官宣亮相：太行已成栋梁，涡扇15还需涅槃重生