从落后30年到10年，中美发动机性能对比，中国质量正在努力追赶

前言：发动机性能强弱决定是现代高性能军机最关键性指标。上世纪，美国F-15战斗机采用F100-PW-100发动机和F-16战斗机采用F100-PW-200发动机，前者装备在美国F-15A战斗机，最大推力达到10吨，后者装备F-16A战斗机，最大推力达到10.5吨。目前，美国现役F-15E战斗机装备F100-PW-229最大推力达到13吨，而备F-16E/F战斗机装备F110-GE-132发动机，最大推力达到14.5吨。作为发动机强国，俄罗斯苏-30战斗机装备AL-31发动机，最大推力达到12.5吨;在AL-31发动机基础上研制出117S发动机，最大推力达到14.5吨，仅次于美国现役F-35战斗机装备F-135发动机，最大推力18吨，2018年珠海航展上，中国歼-10B战斗机惊艳亮相，装备涡扇-10B矢量发动机，进行苏-27战斗机成名绝技“眼镜蛇”机动动作，将国产发动机性能呈现在全球面前。

一、中国太行发动机

早期，中国空军在发动机上都仿制苏联发动机，例如米格-21发动机装备R-11F-300发动机，仿制出歼-7战斗机装备涡喷-7发动机，而涡喷-7发动机是R-11F-300发动机国产版，最大推力达到5.6吨，相对涡喷-6发动机最大推力提升77%，而涡喷-6发动机最大推力达到3.2吨，整体性能跟涡喷-5发动机不相上下，重量跟涡喷-5发动机相比减轻23%，但涡喷-6和涡喷-5发动机整体性能都无法跟涡喷-7发动机相比，这款发动机只能装备歼-7战斗机，在性能上落后同时期美苏两国装备高性能涡扇发动机，其发动机最大推力普遍在10吨以上，而涡喷-7发动机最大推力只有美苏两国新一代发动机二分之一。随着，中国空军自行研制新一代歼-8高空高速战斗机，在突出高速性能和航程，迫切希望装备新型大推力发动机，这种发动机最大推力达到12吨，同时采取两条腿走路，研制新型发动机或者采用2台改进型涡喷-7发动机。如果采用涡喷-7发动机，必须提高涡轮前温度难题，而且解决提高温度后涡轮叶片强度和承受能力下降等问题，改进型涡喷-7发动机列装在歼-7改进型发动机，未能装备在歼-8战斗机。

上世纪90年代前，中国现役战斗机采用的发动机都是苏联发动机仿制品，而新型“飞豹”战斗轰炸机采用2两台涡扇-9发动机，也是在英国“斯贝”发动机基础上仿制。歼-8战斗机采用2台涡喷-13发动机，也是在涡喷-7改进型发动机深度发展，在性能和结构获得大幅度改进，最大推力6.5吨，在1993年发展出涡喷-13B发动机，最大推力增加到6.9吨，性能根本没办法跟美俄两国发动机相提并论，此时中国空军装备苏-27SK战斗机，这款战斗机装备苏联时期研发AL-31F发动机，采用双转子加力式结构的涡扇发动机，整体性能跟美国F100-PW-229发动机不相上下，最大推力达到12.5吨，采用小涵道比和高涡轮工作温度设计，最推力状态下1093牛/(千克/秒)和 680牛/(千克/秒)，核心机空气流量上AL-31F相对美国F100-PW-100发动机增加约多 25千克/秒，中国新型歼-10战斗机都采用俄罗斯AL-31FN发动机，包括歼-11A战斗机也是如此。

美俄英都国家都研制高推重比、高性能第三代战斗机，列装新一代发动机，而中国在发动机领域跟美俄等国存在着较大差距，早期研发“涡扇6”发动机，迫切研制新型发动机，列装中国空军新型战斗机。在1987年中国着手研制新一代大推力“太行”发动机，采用用三级风扇，九级整流，单级高效高功率高低压涡轮，结构注重大推力、大推重比、小涵道比，依靠着在发动机制造工艺取得进步，再加上新型合金材料实现突破，采用镍基单晶高温合金先进材料的涡轮叶片。“太行”发动机采用高达32总压比和1710K涡轮前温度，这种性能超过俄罗斯AL-31FN发动机23.8总压比和1665K涡轮前温度，而且AL-31FN发动机在燃油消耗率和轴系设计存在缺陷，中国早期歼-10战斗机出现事故都是AL-31FN发动机机轴系漏油失去润滑造成，再加上燃油消耗率0.77kg/kgf.h。

“太行”发动机燃油消耗率降到0.67 kg/kgf.h，其最大推力达到13.2吨，相对歼-10A战斗机采用AL-31FN发动机最大推力12.8吨，整体性能更加可靠。“太行”发动机核心机在美国CFM-56航空发动机研制，而CFM-56航空发动机在美国F101发动机基础上改良版，在研制“太行”发动机也借鉴俄罗斯发动机部分技术。1998年，首批6台“太行”发动机装备歼-10战斗机测试，整体性能未达到预期效果，材料加工存在缺陷。在2000-2001年，“太行”发动机装备歼-11A战斗机进行空中测试，采取“太行”发动机和AL-31FN发动机混搭模式，最惊险是2004架歼-11A战斗机安装两台太行发动机试飞，但右侧发动机因轴承断裂损毁，在驾驶员出色驾驶技术下，歼-11A战斗机依靠着单发动机回到地面，在解决太行发动机难题和材料等问题，在2005年获得完成设计定型审查考核，历时18年中国研制出第三代大推力涡扇发动机。

二、太行发动机装备中国国产战斗机

太行发动机净重1700公斤，采用9级轴流式高压气，尾喷管是收敛-扩张可调喷管控制系统，而且采用全权数字发动机控制技术，而歼-10A和歼-11A战斗机承担起太行发动机测试机型，整体性能超越苏-27战斗机配备AL-31F发动机，美国现役战斗机F-15和F-16战斗机采用发动机。目前，中国空军太行发动机装备在歼-15、歼-11B、歼-16歼-10B/C和歼-20A战斗机，逐步取代俄罗斯AL-31FN发动机地位。歼-15战斗机装备太行发动机在爬升率等性能可以接近陆基苏-27战斗机水准，超越俄罗斯现役苏-33战斗机采用AL-31F3发动机，这款战斗机正在衍生出不同型号发动机，大致为A、B、C、D、G、H、X七种型号，某种型号并未装备在中国现役战斗机，但歼-10C战斗机装备着WS-10B(太行发动机，下同)发动机，其推力和可靠性相对WS-10A发动机得到空前提高，而WS-10B-3发动机采用矢量推力技术，而歼-10B战斗机惊艳亮相珠海航展，装备就是这款发动机。

在太行发动机未装备中国空军战斗机前，累计向俄罗斯采购350-400台AL-31FN发动机，装备歼-10A和歼-11A战斗机，这款发动机在俄罗斯AL-31F发动机基础上改进，针对中国空军战斗机出口研发，发动机性能、尺寸和质量数据等两者整体没有任何区别，只是燃油消耗率稍加改进。况且，AL-31F早期型号发动机也存在缺陷，即使出口到中国AL-31FN发动机也存在性能不足的问题，再加上两者发动机推力相当，寿命由AL-31F发动机900小时提高到AL-31FN发动机1500小时，只能装备早期歼-10A和歼-11A战斗机。最新涡扇-10C发动机涡轮盘应用FGH95粉末冶金，整体性能得到提升，再加上推力达到14.5吨，推重比达到8，都超越AL-31FN发动机，涡轮前温度1800K左右，其整体性能接近美国16E/F战斗机装备F110-GE-132发动机。

歼-20隐身战机装备着涡扇-10C发动机，采用锯齿状喷嘴增加发动机隐身性能，推力和可靠性接近俄罗斯现役117S发动机，而117S发动机弥补俄式发动机的最大缺陷，装备在苏-35和苏-57战斗机。涡扇-10C发动机作为推力矢量发动机，可实现发动机尾喷管可以向不同方向偏转以产生不同方向的推力，同时降低雷达散射截面积。早期，歼-20隐身战斗机装备俄罗斯AL-31FM2发动机，也是AL-31F增推改良型，最大推力增加到13.5吨，而歼-20战斗机装备WS-10C“太行”发动机，标志着中国空军现役战斗机不再借助俄罗斯发动机获得战斗力。

三、中美发动机性能对比

美国F-22战斗机采用F-119发动机，最大推力达到15.6吨，单位流量推力约130千牛/(千克/秒)，推重比大于9，而F-35战斗机采用F-135发动机，其整体性能之强悍至今没有匹敌者，采用3级风扇，6级高压压气机、带气动喷嘴单级高压涡轮等，由风扇、核心机、低压涡轮、加力燃烧室、尾喷管和附件传动机匣等6个单元体构成，最大推力达到18吨，重量1700千克。F-35B战斗机装备F-135发动机，垂直起降过程中可实现悬停总推力17.5吨，短距起降推力为16.9吨，而WS-10C发动机采用最大推力达到14.5吨，跟美国这两款发动机存在差距，跟俄罗斯117S发动机整体相差不大。况且，WS-10发动机是中国空军为歼-10战斗机配套发动机，其性能指标跟美国现役F-15和F-16战斗机发动机相当，歼-11B战斗机对标美国F-15战斗机，歼-16战斗机对标F-15E战斗机，歼-10系列战斗机对标美国现役F-16系列战斗机，整体都是第三代战斗机。

歼-20战斗机采用涡扇-10C发动机，最大飞行速度2马赫，相对美国F-22战斗机最大飞行速度2.25马赫存在差距。涡扇-10发动机装备在歼-10C和歼-16等四代半战机，再加上歼-11B战斗机性能绰绰有余，装备在歼-20隐身战斗机有点勉强。俄罗斯正在测试苏-57战斗机配备发动机，即产品-30发动机，最大推力达到F-135发动机水平，技术水准超越美国现役F-119发动机。根据“服役一代、研制一代、预研一代”，在涡扇-10发动机装备现役战斗机，中国正在研制新一代发动机，即涡扇-15发动机，其性能指标是推重比为10和最大推力达到18吨，接近美俄两国最强发动机水平。涡扇-15发动机达到30.5总压比和1850K涡轮前温度，净重达到1633千克，燃油消耗率为0.67kg/kgf.h，单位空气流量推力约138千克/秒。

涡扇-10发动机是歼-20隐身战机过渡型号，而且一旦实现涡扇-15发动机装备在歼-20隐身战机，将可避免“小马拉大车”局面。中美两国在第三代战斗机所采用的高性能发动机整体上差距微小，其性能已达到美国21世纪初发动机水平。涡扇-10C发动机采用17个导流叶片，发动机下方传动箱结构也出现变化，再加上配备可控矢量喷嘴，寿命也将超过俄罗斯AL-31发动机。据悉，中国涡扇-15发动机研制三款同类型发动机，推力分别是15.5吨，18吨、和24吨，随着时间推移涡扇-15发动机列装，将抹平跟美俄在发动机上差距。

四、结语

曾经，俄罗斯将中国研制涡扇-10“太行”发动机称作为堪比美国“阿波罗”登月计划，经过长达18年努力，中国“太行”发动机最终装备在空军现役战斗机，根治中国战斗机长期面临着“心脏病”难题，在中国早期研制“涡扇-6”发动机失败的情况，实现涡扇-10发动机相对二代涡喷发动机“昆仑”推力增加5吨，让中国歼-10C和歼-16、歼-20战斗机装备涡扇-10系列发动机冲向蓝天，18年来呕心沥血，铸就扇-10系列发动机横空出世。