中美航空发动机技术水平相差30年 真实差距超乎想象
2017/11/29
前一段时间，根据英国“飞行网站”报道美国新一代航空发发动机研制相关技目前
已获重大突破，预计将在2020年之后投入使用，装备在F35联合战斗机上。美军下一代
“自适应变循环发动机”推力高达20吨，超越世界上任何国家。相关军事专家指出中美
在航空发动机领域差距至少30年。
美国上世纪80年代的时候装备部队的F110发动机，推重比7-8，与它同类型的中国
WS10发动机直到2010才投入生产，用于装备歼11B战斗机。中国的WS15发动机相当于美
国F119发动机，官方媒体报道它的保节点是2020年，美国装备F22的F119发动机20世纪
90年代就以后投入生产，从研制时间上面看，中美差距确实达到了惊人的三十年的时间
。中美存在差距，我国也在奋起直追，一直未停步，比如WS10发动机的改进版本WS10B
，像WS20这种大涵道比涡扇发动机已经进入飞行试飞阶段。
航空界有句名言，只要发动机好，砖头都能飞起来。飞机之所以能够飞行，毋庸置疑全
靠发动机，我国目前在航空工业上与美国最大的差距也在发动机，涡扇-10发动机只相
当于美国1985年产的F110发动机。而在我们正在追赶的同时，美军已经将下一代发动机
付诸实践，2012年完成了测试，这种发动机就是自适应变循环发动机（AVET）。
为什么要变循环
航空发动机基本原理都是将燃油的能量转化为发动机的推力，而后在推动飞机前进的过
程中使飞机和空气互相作用产生向上的升力将飞机拉起。从发动机出现至今，共有螺旋
桨发动机、涡扇发动机、涡轮发动机、冲压发动机四种形态，这四种发动机各有特点，
其中涡桨发动机依靠螺旋桨风扇的推力做功推动飞机前进，其飞行效率高，最省油，航
程大，但推力却较小。涡喷发动机依靠向喷管外喷射气流做功，可以达到很大的推力，
但却非常耗油。
涡扇发动机构造图
涡扇发动机则是将二者结合起来，设置内外两个涵道，使得一部分推力来自于涡扇，一
部分推力来自于喷口，这样就取得一个适中的性能，成就了其在音速边界范围内的机动
性。但总的来说，为了应付空战需求，发动机需要推力更大些以完成高机动动作，为了
进行更远程的打击，就需要发动机更省油，这两个矛盾的要求一直困扰着科学家。
从飞机的发展来看，因为现代战机的机载设备量急剧攀升，因此重量较以前大大增加，
但发动机却只能在推力和航程中取折中，这就导致了现代飞机作战航程甚至比不上二战
很多主战飞机。为了弥补这个差距，就需要进行变循环设计，让飞机在能够不同时刻工
作在不同的状态。
怎样变循环
飞机发动机技术提升的核心在于——如何提高燃油使用效率。喷气式飞机原理是将空气
吸入发动机后和燃油混合加热，而后高温高压气体向后喷出，按照牛顿第三定律，飞机
就可以获得一个反推力。但这个高温高压气体本身就拥有很大的能量，也就是说，这些
能量被白白浪费掉了，但有时候为了机动性则不得不这样做，以往的飞机，往往是涡喷
就只能是涡喷模式工作，是涡扇就只能涡扇模式工作。而在飞机航行的整个过程中，往
往有很多路程是不需要使用这种高油耗率的工作方式的。而在靠近战场时，为了接敌，
则需要高速机动，为了机动空战则需要跨音速飞行模式。于是变循环发动机就是把这三
种模式结合起来，合理规划，达到了最佳的使用效果。
自适应变循环发动机原理图
发动机一般从前往后结构以此为进气道——压气机——燃烧室——涡轮——喷口。对应
的过程是空气吸入——空气压缩增压——空气混合燃烧——带动涡轮旋转——尾部喷出
做功。变循环发动机则采用涡轮风扇体制，将气流分在三个涵道，但这三个涵道可以变
换大小口径，通过组合搭配成就最佳的工作模式，在需要经济巡航时，2个调节板向下
调节，挡住通过燃烧室的气流，使发动机工作在螺旋桨模式，当需要进行跨音速机动时
，调节板1向下，而向上，组成一个涡扇发动机。当要进行超音速巡航时，调节板1、2
均向上偏，使其成为一台涡喷发动机。假如发动机使用了任务规划体制，还可以根据不
同的任务使用电脑规划发动机的作用方式达到最佳作战效能。
这个措施看起来简单，但在工程上实现起来是十分难的，发动机工作在高温高压和极高
转速的情况下，最好不要有任何的结构变换，否则会带来发动机部件的损伤导致发动机
出现安全问题，挡板的偏移也会带来气流的瞬时畸变，导致发动机工作不稳定甚至停车
。根据研制该技术的GE公司官网宣传资料，使用这一技术后，在同等燃油的情况下飞机
的滞空时间可以提高50%，航程增加33%，减少25%的燃油消耗率，达到60%的燃油热吸收
率。
该发动机将首先在F-35飞机上进行测试，以往携带两枚1000磅JDAM的F-35C作战半径可
达1440千米，而使用变循环发动机后，其作战半径可以达到2160千米，也就说从日本中
部起飞就可以到达中国首都区域且作战持续时间的大为增加，这对中国的威胁不言而喻。
中国如果不加紧研制新型发动机，那么落后对手就要超过40年了。