"Базовый двигатель GE9 хорош во всём, но общая степень сжатия слишком высока, а лопасти компрессора с низким удлинением для нас - совершенно новая задача, как в проектировании, так и в производстве, и раз уж есть успешный опыт с РП14, то совершенно нет необходимости изобретать велосипед в этом месте..."
Чан Хаонань, объясняя, быстро написал на бумаге несколько рядов цифр:
"В настоящее время у нескольких основных в мире турбовентиляторных двигателей третьего поколения с большой тягой, F100 и АЛ-31Ф, степень сжатия находится в диапазоне 24-25, а у F110 степень сжатия выделяется, достигая почти 31. Я смотрю на ваш проект, вы даже использовали более эффективную конструкцию лопастей компрессора с изгибом и стреловидностью, боюсь, степень сжатия будет стремиться к 32-33, что для двух объектов установки нашего "Турбовентиляторного-10" приведёт к очень плохой приспособленности..."
В конце концов, авиадвигатель не может вечно оставаться на наземном испытательном стенде, его нужно установить на самолёт и реально летать в небе.
Поэтому, даже если в будущем авиационные силовые установки действительно станут независимыми, а проекты двигателей перестанут существовать как комплектующие для проектов самолётов, при проектировании авиадвигателей нельзя не учитывать реальную ситуацию с объектами установки.
Высокая степень сжатия — это, конечно, хорошо, но определённо не стоит бездумно стремиться к максимальным значениям.
У двигателей со слишком высокой степенью сжатия, особенно у турбовентиляторных, после превышения скорости звука энергопотребление компрессора резко возрастает, что приводит к смещению линии изэнтропического сжатия вправо, снижению эффективности компрессора и уменьшению циркуляционной работы.
Хотя общая степень сжатия на бумаге всё ещё высока, фактическая полезная эффективная степень сжатия оказывается ниже.
В реальных характеристиках это проявляется так: двигатель на низких и средних скоростях — дракон, а на высоких скоростях превращается в червяка.
У F110 и F404/414 есть этот недостаток.
Насколько велика разница?
Эти два двигателя, явно более продвинутые в техническом плане, в сверхзвуковом режиме не только уступают АЛ-31Ф и РД-93 по кривой тяги, но даже по расходу топлива.
Это проблема, ограниченная основными физическими принципами.
Если не создать двигатель с изменяемым циклом, невозможно в корне обеспечить сочетание характеристик в различных условиях эксплуатации.
Двигатель F119 на F-22 ради сверхзвуковых характеристик выбрал конструкцию, полностью противоположную F110, в результате чего он может совершать сверхзвуковой крейсерский полёт без форсажа, но расход топлива в режиме военной тяги чрезвычайно высок, из-за чего весь самолёт, несмотря на огромный запас топлива, превратился в "коротышку".
Дело не в том, что у конструкторов Пратт-Уитни не хватает способностей.
Это просто компромисс.
Проект ATF родился в разгар холодной войны, тогда предполагалось ведение коротких высокоинтенсивных боёв в небе над Европой, после чего самолёт либо сбивали, либо он возвращался на базу, и большой дальности полёта не требовалось.
Просто планы не успевали за изменениями, и когда в 2005 году F-22 поступил на вооружение, оказалось, что ему придётся действовать в обширном Тихоокеанском регионе, в результате чего характеристики оказались оторваны от потребностей.
Конечно, хотя решить проблему в корне невозможно, способ улучшить ситуацию есть —
достаточно перепроектировать для самолёта регулируемый воздухозаборник с лучшим согласованием и более широким диапазоном регулирования повышения давления.
Более поздние модели F-15 использовали этот подход.
Что касается F-16 и F-18...
Смешно, зачем среднему истребителю сверхзвуковые характеристики, пусть лучше постоит в сторонке.
А нынешняя ситуация такова, что общая конструкция J-11 — это Су-27, базовая конструкция фюзеляжа и воздухозаборника уже обладает очень высокой способностью повышения давления, и если действительно захочется её снизить, это будет непросто.
J-10 же окончательно решил использовать нерегулируемый воздухозаборник DSI, и также невозможно пожертвовать большим ради малого, зафиксировав состояние воздухозаборника на неэффективном состоянии с низким коэффициентом повышения давления.
Поэтому, хотя Turbofan 10 может свободно проявлять себя в конкретных технических аспектах, в выборе стиля производительности он всё же должен следовать пути F100/АЛ-31Ф, устанавливая коэффициент повышения давления в районе 25.
Общее проектирование авиационного двигателя — это чрезвычайно сложная системная инженерия, и это проявляется ещё до начала работы по "проектированию" в истинном смысле этого слова.
"О..."
После объяснений Чан Хаонаня, Хайидэ, Лю Юнцюань и несколько других людей уставились друг на друга большими и маленькими глазами.
Все они были техническими специалистами, и хотя раньше из-за недостатка опыта не задумывались об этом, но теперь, когда другие уже всё объяснили, они, конечно, всё поняли.
"Но, Чан Цзун, если ограничить коэффициент повышения давления, то общие характеристики двигателя в дозвуковом режиме, особенно расход топлива и тяговооружённость, определённо пострадают..."
Основной диапазон оптимизации характеристик истребителей третьего поколения, безусловно, находится в диапазоне от высокой дозвуковой до околозвуковой скорости.
Будь то F100, АЛ-31Ф или РД-93, все они пожертвовали определённой степенью дозвуковых характеристик, особенно РД-93, огромный расход топлива на низких скоростях (к тому же двухдвигательный), в сочетании с и без того небольшим запасом внутреннего топлива, принёс МиГ-29 прозвище "защитника аэродрома".
Для ВВС Китая, которым, как ожидается, придётся вести высокоинтенсивные боевые действия вдали от аэродромов, это действительно довольно важный вопрос.
"Да, Чан Цзун, у J-11 9 тонн внутреннего топлива, так что ему неважно, насколько высок расход топлива, но я смотрю на комплекцию J-10, запас внутреннего топлива у него, должно быть, не очень оптимистичный..."
Хайидэ, стоявший рядом, выразил те же опасения.
На самом деле, это также одна из главных причин, по которой 611-й институт при проектировании J-10 изначально жёстко привязал два внутренних пилона к подвесным топливным бакам.
АЛ-31ФН — это всё-таки АЛ-31Ф, лишь с небольшими изменениями в расположении агрегатов и прочих мелочах, двигатель остался тем же.
После установки на J-10 дальность полёта без подвесных топливных баков была просто ужасной.
Однако Чан Хаонань решительно покачал головой:
"Проблему расхода топлива можно решить, повысив температуру перед турбиной ещё на 50-100°C."
Это довольно грубый, но самый эффективный способ.
Чан Хаонань применил тот же подход к РП14, обеспечив баланс характеристик J-8C на разных высотах и скоростях.
"Чан Цзун, температура перед турбиной нашего турбореактивного двигателя третьего поколения с большой тягой сейчас установлена в районе 1200°C, для нашего уровня материаловедения это уже немаленький порог, если ещё повышать..."
Лю Юнцюань, как разработчик авиационных двигателей, естественно, всесторонне обдумал эти вопросы, но, посмотрев на Чан Хаонаня, который сидел рядом и даже не поднимал ручку, и вспомнив о ситуации с РП14, это уже не казалось таким невероятным.
Однако, немного поколебавшись, он всё же сказал:
"Если ещё повышать, я боюсь, что уровень риска и сроки всего проекта выйдут из-под контроля."
1200°C — это уже основной уровень температуры для турбовентиляторных двигателей третьего поколения в мире.
Создать за короткое время турбинный диск и лопатки турбины, превосходящие по жаропрочности американские, действительно, довольно сложно.
В материаловедении сложно найти какие-то возможности для обходных манёвров.
Китай в настоящее время уже может производить никелевые жаропрочные сплавы, аналогичные по характеристикам Rene N5, но остаётся старая проблема: чтобы что-то изготовить, недостаточно иметь просто кусок исходного материала, для каждого материала требуется последующая обработка и целый ряд сопутствующих исследований, а это тоже требует значительных затрат времени и ресурсов.
Если отказаться от уже имеющихся материалов сплавов второго поколения, по которым есть определённые результаты сопутствующих исследований и опыт промышленного применения, и сразу перейти к третьему поколению, то риски будут очень сложно предсказуемы.
"Конечно, сразу менять материал — это слишком радикально..."
После того, как Чан Хаонань напрямую использовал системные баллы, чтобы вытащить TORCH Multiphysics, он оказался на грани "банкротства", и у него не было столько баллов, чтобы всесторонне поднять уровень всей области материаловедения.
Такой способ повышения тоже слишком грубый и не соответствует изначальной логике действий, установленной Чан Хаонанем.
И даже если система поможет, и весь процесс пройдёт гладко, ему одному, чтобы решить бесчисленные проблемы, потребуется как минимум несколько лет.
Чан Хаонань планировал, чтобы хотя бы прототип, оснащённый Turbofan 10, по возможности принял участие в параде в честь 50-летия образования КНР, который состоится через два с лишним года.
Просто ждать новых материалов точно не успеть.
"Поэтому я планирую применить новую схему активного охлаждения в конструкции турбины, у нынешнего охлаждения через плёночные отверстия ещё есть большой потенциал, и без замены материала основы можно без проблем повысить температуру перед турбиной на 50-100°C."
Сказав это, он, не обращая внимания на ошеломлённых людей рядом, снова взял лежащий перед ним чертёж с простой схемой:
"Что касается только что упомянутой вами проблемы с тяговооружённостью, мы просто откажемся от конструкции 3-9-1-2, или, скорее, от такой конструкции."
"А?"
Остальные несколько человек в конференц-зале чувствовали, что их мозг вот-вот отключится из-за слишком большого количества информации, полученной за короткое время:
"Не использовать такую конструкцию... Неужели использовать центробежный компрессор?"
Турбинные компрессоры газотурбинных двигателей по принципу действия можно разделить на центробежные и осевые. Как правило, за исключением раннего этапа хаотичного разнообразия, подавляющее большинство турбореактивных и турбовентиляторных двигателей уже перешли на осевую конструкцию, и только некоторые турбовинтовые и турбовальные двигатели используют центробежную конструкцию.
"Конечно, нет..."
Чан Хаонань был немного беспомощен:
"Я имею в виду, использовать более эффективную одноступенчатую нагрузку, чтобы уменьшить количество ступеней компрессора, превратить трёхступенчатый вентилятор в одно- или двухступенчатый, а девятиступенчатый компрессор высокого давления - в шести- или семиступенчатый. Учитывая, что вес всей компрессорной системы составляет около 60% от веса двигателя, если удастся уменьшить вес этой части на 20%, то тяговооружённость всего двигателя увеличится как минимум на 10%."
"Помните ли вы тот "сверхвысоконагруженный адсорбционный лопастной профиль с комбинированной стреловидностью и передней кромкой", который я приводил в качестве примера для расчётов на прошлом совещании?"
Хайидэ не был на прошлом совещании, но Лиу Юнцюань был.
И слушал очень внимательно.
Поэтому он первым очнулся от только что охватившего его замешательства и кивнул:
"Помню, я даже делал записи..."
С этими словами он достал из своей сумки блокнот и открыл его на одной из страниц.
По слегка потёртому виду блокнота было видно, что он, вероятно, немало листал его в последнее время.
"Вот и хорошо."
Чан Хаонань слегка постучал пальцем по заголовку в блокноте:
"Эта вещь и есть ключевая технология в конструкции нашего компрессора."
"Те конструкции лопаток, которые ты уже изучил, будь то концевой изгиб, концевая стреловидность, профилирование концевой стенки или наплывы, всё это пассивные методы управления отрывом потока."
"Я упомянул адсорбционные лопатки, чтобы на этой основе использовать активные методы управления, ещё больше увеличить степень сжатия на ступень и заставить каждую ступень выполнять работу по сжатию, как раньше полторы или две ступени!"
Обновлено: 07.04.2026