國產(chǎn)太行發(fā)動(dòng)機(jī)驚艷亮相珠海航展

王亞男

2018年珠海航展上，裝備TVC（推力矢量噴口）的殲10B進(jìn)行了首次公開飛行表演，其中最為技驚四座的，當(dāng)屬曾經(jīng)獨(dú)屬于俄制蘇-27系列的“眼鏡蛇”機(jī)動(dòng)動(dòng)作。當(dāng)殲10B以較高的速度進(jìn)入小坡度拉升并迅速調(diào)整機(jī)頭仰角，30度、50度、70度、90度，直到接近110度時(shí)，人們才突然發(fā)現(xiàn)中國國產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)正在試圖完成一個(gè)令人稱奇的高水平機(jī)動(dòng)動(dòng)作。而這樣的機(jī)動(dòng)動(dòng)作按照殲10固有的氣動(dòng)構(gòu)型和操縱控制性，是相當(dāng)難完成的。

看似簡單水平高

要知道在很低的空速和大迎角狀態(tài)下，普通戰(zhàn)斗機(jī)傳統(tǒng)的氣動(dòng)控制面的操縱效率會(huì)嚴(yán)重降低，即便飛機(jī)能夠把仰角飛到最大，但此時(shí)靜止不安定性所產(chǎn)生的控制有效性降低問題將顯著出現(xiàn)，飛行員將難以將飛機(jī)仰角恢復(fù)到正常水平——特別是在高度較低的情況下，不能迅速從大仰角狀態(tài)下改初將意味著極大的危險(xiǎn)。

俄制蘇-27能夠完成眼鏡蛇，其固有氣動(dòng)構(gòu)型起到了很大作用，至少從110度仰角逐漸恢復(fù)到90度以下z前，飛行員并不能指望氣動(dòng)控制面幫太大的忙。但今天完成這個(gè)“眼鏡蛇”動(dòng)作的殲10B卻有著不同于普通殲10的獨(dú)門絕技，那就是那臺(tái)能夠進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的TVC噴口。通過改變TVC噴口的指向，飛機(jī)可以獲得傳統(tǒng)氣動(dòng)控制面之外的額外控制力，而且是不受限于飛機(jī)姿態(tài)的主動(dòng)控制力。即便在飛機(jī)處于過失速狀態(tài)時(shí)，飛行員仍能夠通過丁VC獲得穩(wěn)定可靠的有效俯仰或偏航控制，這等于為飛機(jī)進(jìn)入過失速狀態(tài)完成機(jī)動(dòng)并順利改初提供了超額保障。通過上下偏轉(zhuǎn)TVC噴口，飛行員就能獲得額外的俯仰控制力，這對于過失速機(jī)動(dòng)極為重要。有了它，飛行員就敢于放手機(jī)動(dòng)，做出普通戰(zhàn)斗機(jī)難以企及的機(jī)動(dòng)動(dòng)作，把戰(zhàn)斗機(jī)的敏捷性發(fā)揮到極致。

當(dāng)TVC版殲10B的機(jī)頭在空中跳出那個(gè)優(yōu)美的蛇頭擺動(dòng)動(dòng)作時(shí)，干萬不要忘記，還有另一個(gè)獨(dú)特的設(shè)計(jì)在暗暗助力，那就是殲10B全新的蚌式進(jìn)氣口設(shè)計(jì)，這種進(jìn)氣口通過一個(gè)精心規(guī)劃的“鼓包”實(shí)現(xiàn)了對進(jìn)氣的預(yù)先調(diào)整，有效地去除附面層，在與前掠下緣的唇口配合下，能有效地提升戰(zhàn)斗機(jī)在各種姿態(tài)特別是大迎角姿態(tài)下的進(jìn)氣效率。換個(gè)通俗的說法，就是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在更大的姿態(tài)范圍內(nèi)都能維持足夠的“力道”，而不至于因?yàn)檫M(jìn)氣不暢導(dǎo)致“胸悶氣短”，在最需要它發(fā)力的時(shí)候“疲軟無力”。

TVC版殲10B能漂亮地完成“眼鏡蛇”，已經(jīng)證明它的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)經(jīng)受住了極端姿態(tài)下的嚴(yán)峻考驗(yàn)，這絕對令人振奮！說起來，TVC噴口的設(shè)計(jì)制造相當(dāng)復(fù)雜，之所以航空強(qiáng)國紛紛竭力研究并應(yīng)用這一技術(shù)，根本原因就在于此。

給力的國產(chǎn)第三代發(fā)動(dòng)機(jī)

再來說說殲10日的發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然迄今為止沒有任何消息宣布這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)細(xì)節(jié)，但是依據(jù)中國航空裝備科研的慣例不難推斷，這臺(tái)表現(xiàn)優(yōu)異的航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該是國產(chǎn)的太行系列渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的TVC版。太行發(fā)動(dòng)機(jī)，也叫渦扇10系列發(fā)動(dòng)機(jī)，是國產(chǎn)第三代大型軍用航空渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。太行發(fā)動(dòng)機(jī)于1978年預(yù)研，1987年立項(xiàng)，2005年12月完成設(shè)計(jì)定型審查考核，歷時(shí)27年，中間歷盡艱辛。太行發(fā)動(dòng)機(jī)是中國第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能、大推力、加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，它結(jié)束了國產(chǎn)先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的空白。太行采用全自動(dòng)數(shù)字化控制系統(tǒng)，額定推力8噸，最大推力可達(dá)12噸甚至更高。太行，號(hào)稱“天下之脊”，中國第一臺(tái)大推力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)取名太行，其意義不言自明。

從飛機(jī)在珠海現(xiàn)場的精彩過失速飛行表演動(dòng)作判斷，這臺(tái)太行TVC發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該是數(shù)年前就已經(jīng)開始研發(fā)，在表演前做過充分的測試，科研人員已經(jīng)取得了足夠的數(shù)據(jù)，對這類過失速機(jī)動(dòng)動(dòng)作有著充分的自信，否則決不會(huì)讓一架測試機(jī)在公眾表演時(shí)實(shí)施這類過失速機(jī)動(dòng)——主戰(zhàn)裝備的測試機(jī)進(jìn)入公眾表演，這本身已經(jīng)開了珠海航展的先河。不少人以為，“憑借”太行最大12噸級(jí)的推力，再加上這個(gè)可以偏轉(zhuǎn)的軸對稱矢量噴管，就能夠讓殲10日完成這些令人目眩的動(dòng)作。那樣想真是太簡單了。

飛-發(fā)一體化控制技術(shù)

讓一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管能活動(dòng)，這個(gè)問題本身不算難。難的是在增加了活動(dòng)部件后，整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量和體積不允許有明顯增大，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力指標(biāo)不能受到顯著影響，發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性也不能因?yàn)檫@種改裝工作被降低。這還不算完，更難的問題還在后面。就算前面這些問題都解決了，那還有一個(gè)至為關(guān)鍵的難題。在專家們口中，這叫做飛機(jī)-發(fā)動(dòng)機(jī)一體化控制技術(shù)，簡稱“飛-發(fā)一體化控制技術(shù)”。簡單些說，就是讓發(fā)動(dòng)機(jī)要乖乖地聽飛行員的操縱指令，而且要聽懂，并做出最為迅速的響應(yīng)。

在殲10B戰(zhàn)斗機(jī)里，飛行員的控制指令是通過操縱桿、幽門桿和腳踏板來輸入的，那么發(fā)動(dòng)機(jī)就要從這些輸入信號(hào)中分析出飛行員究竟是要做什么，并把飛行員的操縱目的轉(zhuǎn)化成自己的動(dòng)作語言，根據(jù)飛行員的輸入對噴管的偏轉(zhuǎn)方向和角度做出調(diào)整，同時(shí)也響應(yīng)調(diào)整自己的推力大小。要讓發(fā)動(dòng)機(jī)做到這一點(diǎn)，那必須依靠先進(jìn)的飛-發(fā)一體化控制手段，這涉及到大量的飛行控制軟件程序的編制，而且飛機(jī)在過失速狀態(tài)的控制方法，往往是非常規(guī)的，完全不同于正常飛行的飛機(jī)，要教會(huì)發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)難以預(yù)測的姿態(tài)范圍內(nèi)乖乖地而且聰明地幫助飛行員安全高效靈活地控制飛機(jī)，這對于科研人員是極大的挑戰(zhàn)。但無論如何，中國的科研人員和工程技術(shù)人員們已經(jīng)取得了階段性勝利。