殲20作為我國自主研制的第一款五代隱身戰機,殲20的裝備服役不僅解決了我國能否自主研發裝備五代隱身戰機的問題,更關鍵的是殲20的批量裝備服役真正的縮短并讓中國空軍在先進戰機研發裝備上走在了世界前列。當然在大家眼中現下的殲20并不是完美的,因為當下的殲20雖然已經批量裝服役,但是其裝備的發動機卻不是五代機該有的機型,好在我國專為殲20研發的渦扇15大推力渦扇發動機很快將與我們見面,共同助力殲20保衛疆土。

雖然現階段渦扇15發動機具體性能參數我們不得而知,但是根據五代航空發動機該有的技術標準來看,首先是推重比要達到10一級以上,同時發動機推力、耗油率、工作壽命都要比四代現有發動機整體提升一個檔次。 不管是軍用推力還是加力推力提升之后有什么優勢呢?首先帶來的最大優勢就是加速性更好、戰機起飛重量更大、同時發動機自身的推重比還會有所提升。

根據標題中“Ws15推力推重比肯定都比ws10和31f發動機強,但是也意味著ws15比上述兩種發動機更耗油,尤其在中低速非常廢油”這個描述來看,提問者應該是把航空發動機想象成汽車上的渦輪增壓的發動機了,誤認為渦扇15相比渦扇10發動機排量大了后雖然推力大了,但是排量更大也帶來油耗提升和中低速油耗更高的缺點。首先渦扇15這類航空發動機在結構類型上屬于軸流式發動機,發動機的推力大小核心取決于涵道比大小、渦輪前溫度增壓比級這幾項關鍵參數,而且渦扇15這類發動機也沒有什么排量之說。但是戰機為了超音速飛行涵道比一般不會超過0.221以上,像F35戰機裝備的F135發動機雖然加力推力已經超過20噸,但是這是通過增加涵道比換來的并不可取方式,所以這也是F35戰機的最大飛行速度也只有1.8馬赫原因所在。



那么對于渦扇15發動機而言,擴大涵道比來提升推力的方式并不可取,所以增加推力和降低油耗的方式只能寄希望于減少發動機自身重量和提升渦輪前溫度了,而這兩個關鍵又涉及到材料性能上,也就是要保證發動機內部渦輪盤乃至渦輪葉片在抗高溫性能上不斷提升之中,渦輪整體重量反而在不斷下降。當然發動機內部結構設計也很重要,比如美國曾經研發的YF120變循環發動機直接取消了高壓機級件導向葉片,這樣做以后發動機壓氣機級數少了重量輕了,發動機的推重比也就有所提升了。


至于采用大推力渦扇發動機后,殲20的作戰半徑反而降低了,首先這個問題的提出有嚴重的錯誤之處,提問者誤認為航空發動機和普通的汽車發動機一樣,排量增大后油耗肯定會有所提升,帶來的后果就是作戰半徑的下降。其實對于渦扇發動機在保持涵道比不變的前提下,通過采用更高效的核心機和材料后,發動機的軍用推力和推重比有所提升后,對于戰機而言作戰半徑反而會有所提升。用汽車發動機舉例來說,比如一臺SUV搭載了一臺1.5T渦輪增壓發動機,受限于近2噸重的車身重量,這臺1.5T巡航轉速需要保持在4000轉以上才能保證汽車巡航時速不低于80碼,但是如果給換裝一臺2.0T渦輪增壓發動機后,其他沒變只有排量變大了一些,排量大了以后雖然噴油量會有所提升,但是排量大了以后發動機低扭也更為強勁,所以同樣推動一臺2噸的車身以80碼的速度馳騁,這臺2.0T發動機工作轉速只需要保持在2000轉出頭即可,那么轉速的極大降低后,雖然發動機噴油量有所提升,但是最終的油耗卻降低了很多。


所以對于渦扇15發動機而言,在涵道比不能提升太大、材料等方面提升也不是很大的前提下,發動機預燃室噴油量還有所提升,但是也正是因為如此,可能以前裝備渦扇10B的殲20要想達到2馬赫以上的飛行速度,得打開加力推力才能滿足推力需求,這樣發動機的油耗便會急劇上升。但是現在換成推力更大的渦扇15發動機后,同樣推動重量不變的殲20達到2馬赫的飛行速度時,發動機自身的軍用推力更大了以后,在不打開加力推力的前提下戰機也能實現超音速飛行,這就是五代戰機4S技術標準中的”超音速巡航“對發動機的要求。

最后還有一點就是我們知道隨著物體的移動速度越來越快之后,發動機所做的功大部分都用于抵消巨大的空氣阻力了。同樣對于高速飛行的戰機也是如此,比如我們看一款小涵道比渦扇發動機性能參數的時候,會看到某某發動機最大連續推力、最大連續耗油率這兩個技術指標,首先解釋一下這個最大連續推力是指戰機發動機在海平面狀態下的最大狀態推力,這個過程中發動機的持續耗油率是最高的,因為低空雖然氧氣含量高,發動機工作效率更高,但是低空空氣密度大飛行阻力也大,所以在低空飛行不光飛行阻力大、飛行油耗高,而且飛行速度往往也不能達到設計最大指標。


但是高空飛行就不一樣了,高空雖然空氣稀薄,但是空氣阻力也小,這樣對于戰機而言,發動機只需要消耗很小的燃油、輸出很小的推力即可滿足高空高速飛行需求。比如裝備了兩臺F100-PW-229的F-15戰機,如果以軍用推力80千牛低空飛行一個小時的話,兩臺發動機油耗高達10噸,比F15內置載油量還高;但是F15戰機的最大1250公里作戰半徑又是怎么來的呢?我們假設這個1250公里最大作戰半徑是在最佳經濟巡航速度下得到的最大作戰半徑的話,按照900公里/時的巡航速度計算的話,達到1250公里最大作戰半徑至少要飛行1.4個小時,但是也因為高空空氣稀薄的原因,對于F100這類小涵道比渦扇發動機而言,高空空氣稀薄氧氣含量低影響并不大,因為這類發動機大部分推力依然由內部增壓比很高的內涵道提供,所以在高空空氣稀薄飛行阻力小了以后,F15戰機在高空巡航時推力只有25千牛即可滿足巡航速度要求。

額外插一句對于裝備大涵道比的民航客機而言,這個理論就不適用了。因為對于民航客機而言其大部分推力都由外涵道提供,高空飛行雖然空氣阻力小了很多,但是空氣稀薄后外涵道內我們看到的巨大渦輪風扇效率也降低了很多,所以這個時候內涵道的渦輪反而需要增加噴油量來提升外涵道比風扇轉速,繼而保證高空巡航時推力不降,當然這個油耗增加是針對于涵道比超過35的客機在起飛階段的耗油率而對比的結果。

所以總結而言,渦扇15發動機無論是在軍用推力還是在加力推力和整機推重比方面,都會相比現有的渦扇10發動機更為先進的已知前提下,對于殲20而言有什么優勢呢?首先就是發動機推力增大后,殲20的最大起飛重量更高,由此帶來更大的載油量和更大的載彈量優勢來執行一些遠程轟炸突擊作戰;同時也因為軍用推力提升之后,殲20在飛行過程中發動機只需要保持在很小的推力即可滿足高速飛行需求,不再像之前裝備推力較小的渦扇10發動機時,需要發動機打開加力才能滿足推力需求。而且也因為軍用推力增大后已然能夠滿足殲20超音速巡航推力需求,所以殲20在不打開加力推力、沒有增加耗油率便能實現超音速巡航的前提下,載油量不變的前提下、渦扇15發動機油耗更低、推重比更高的優勢下,殲20的作戰半徑反而會增大不少。