Двигатель пятого поколения, конечно, сейчас невозможен.
Третье поколение - это модели с тяговооруженностью около 8, такие как F110 и АЛ-31Ф.
Четвертое поколение - это модели с тяговооруженностью более 10, такие как F119, F135 и АЛ-51Ф.
Если "Турбовентилятор-10" будет создан по замыслу Чан Хаонаня, то он, вероятно, сразу перескочит ортодоксальное третье поколение и войдет в категорию три с половиной.
Конечно, различий между двигателями третьего и четвертого поколений на самом деле много, можно сказать, что они отличаются по изначальной концепции проектирования, технологии производства и выбору материалов.
Тяговооруженность - это лишь самый наглядный показатель, отражающий итоговые характеристики.
Разумеется, между ними есть еще и три с половиной, то есть такие как поздние версии F110, F414, АЛ-41Ф, которые по-прежнему основаны на двигателях третьего поколения, но с применением некоторых технологий двигателей четвертого поколения, в результате чего их характеристики значительно превосходят предшественников.
Стоит отметить, что двигатель четвертого поколения по основным принципам не отличается от третьего, поэтому по-прежнему существует компромисс в характеристиках, который невозможно обойти физически: модели, ориентированные на высокую скорость, обычно имеют поразительный расход топлива, а модели, ориентированные на низкую скорость, имеют крайне низкие сверхзвуковые характеристики (подробное объяснение см. в главе 415).
Именно для решения этого противоречия в концептуальных проектах двигателей пятого поколения разных стран повсеместно вводится адаптивный изменяемый цикл.
В условиях низких скоростей он может быть экономичным турбовентиляторным двигателем со средней степенью двухконтурности, а на высоких скоростях он может даже превратиться в высокопроизводительный турбореактивный двигатель.
Поэтому, хотя двигатель пятого поколения, возможно, и не сможет снова достичь такого ужасающего скачка с 8 до 10 по показателям на бумаге, и даже может, наоборот, из-за добавления устройства изменения цикла, привести к тому, что тяговооруженность на уровне моря не увеличится, а уменьшится (собственный вес увеличился, а тяга не так сильно), но фактические характеристики на самолете будут намного превосходить четвертое поколение.
Просто, хотя идея изменяемого цикла проста, для ее реализации все еще нужно проработать слишком много деталей.
Вплоть до того момента, как Чан Хаонань переродился, все еще не было определено, какой именно технологический путь изменения цикла более осуществим.
Не говоря уже о других вещах, конкретная концепция проектирования компрессора должна претерпеть почти кардинальные изменения.
Поэтому, кратко обсудив будущие планы по линейке отечественных двигателей, Чан Хаонань и Лю Юнцюань вернулись к текущим исследованиям.
"Многорядное наложенное пленочное охлаждение с полным покрытием..."
Лю Юнцюань повторил этот немного заковыристый термин.
"Верно."
Чан Хаонань подвел Лю Юнцюаня к соседнему лабораторному столу, на котором стоял ноутбук, на экране которого отображалась изотермическая кривая:
"Я раньше думал, что с помощью текущего программного обеспечения TORCH Multiphysics можно напрямую выполнить моделирование сопряжения газа и тепла, но когда я действительно начал работать, я понял, что все слишком упростил."
Сказав это, он обвел часть кривой инструментом "кисть":
"Смотри, после контакта основного потока с охлаждающей струей высокого импульса, в области вниз по течению от струи образуется пара вихревых структур с противоположными направлениями вращения. Направление вращения этой пары вихревых структур играет роль сбора охлаждающего воздуха у стенки и подавления поперечной диффузии, и в то же время у них есть тенденция к отрыву охлаждающего воздуха от стенки."
"Поэтому..."
Эту диаграмму Лю Юнцюань все же понял:
"Поэтому, чем больше коэффициент продувки (импульс охлаждающего воздушного потока), тем сложнее основному потоку подавить охлаждающую струю, тем раньше охлаждающий воздух покинет твердую поверхность стенки, что приведет к ухудшению эффекта охлаждения вниз по течению?"
Чан Хаонань кивнул, подумав про себя, что не зря в первоначальной временной линии именно он довел "Турбовентилятор-10" до зрелости. Несмотря на то, что в настоящее время, за исключением прически, которая выглядит довольно внушительно, в целом ему немного не хватает опыта, но базовые навыки у него действительно есть, и он быстро уловил ключевой вывод, лишь взглянув несколько раз:
"Верно, поэтому, если комплексно учитывать эффект сопряжения газа и тепла всего двигателя, то обнаружится, что если слепо увеличивать расход охлаждающего воздуха, то чем дальше, тем менее очевидным будет улучшение эффекта охлаждения, и вскоре будет достигнут предел, и из-за слишком больших потерь воздушного потока это также повлияет на характеристики самого двигателя, и даже на стабильность работы."
"Это невозможно обнаружить, если не рассматривать инженерную сторону в целом, а исследовать только эффект пленочного охлаждения лопаток. Я предполагаю, что это также одна из причин, по которой американцы сейчас идут по ложному пути."
После того, как Чан Хаонань подтвердил его суждение, Лю Юнцюань почти подсознательно подумал о самом прямом способе:
"Если мы увеличим диаметр отверстий пленки, разве мы не сможем снизить скорость воздушного потока при неизменном расходе охлаждающего воздуха, улучшить..."
Но он быстро сам же это и опроверг:
"Нет, простое увеличение диаметра отверстий пленки приведет к увеличению потерь давления, овчинка выделки не стоит..."
"Тогда, Чан Цзун, если мы изменим форму охлаждающих отверстий с цилиндрической на коническую, с малой площадью входа и большой площадью выхода, разве это не улучшит покрытие поверхности лопатки воздушным потоком?"
И тут Чан Хаонань действительно посмотрел на него другими глазами.
Тот факт, что охлаждающий эффект фигурных отверстий лучше, чем у круглых, через 20 лет будет знать любой студент, обучающийся по соответствующей специальности, но в настоящее время исследования в этой области в Китае находятся в зачаточном состоянии.
В прошлой жизни, лишь спустя примерно год, компания "Роллс-Ройс" спонсировала исследовательский проект, связанный с активным охлаждением, в Северо-Западном политехническом университете, что позволило Китаю осознать это.
Инженерные вещи иногда подобны слою оконной бумаги, если его проткнуть, то все выглядит довольно просто, но если нет никого, кто бы направлял, то только на поиск окна может уйти немало времени.
И Лю Юнцюань, по крайней мере, за очень короткое время нащупал правильное направление.
"Мысль верная, но можно пойти еще дальше."
Чан Хаонань взял со стола бумагу и ручку и нарисовал схему:
"На самом деле, нет необходимости вносить большие изменения в само охлаждающее отверстие, достаточно добавить расширяющуюся секцию в выходной части, то есть в конце отверстия, таким образом, потери давления будут меньше, а скорость потока на выходе отверстия пленки может быть значительно снижена."
"Снижение скорости означает снижение импульса, охлаждающий воздух практически не будет сдуваться, эффект прилипания к стенке будет лучше."
"Кроме того, взаимодействие между основным потоком и охлаждающим воздухом слабее, интенсивность почкообразных вихрей по обе стороны струи слабее, в меридиональной области образуется структура, противоположная паре почек, что также усиливает эффект поперечной диффузии охлаждающего воздуха и позволяет сделать пленку охлаждающего воздуха более равномерной!"
"Тогда..."
В этот момент Лю Юнцюань испытал чувство полного просветления, решение всей проблемы казалось простым, как 1+1:
"Тогда нам нужно просто изменить круглые отверстия на эти... фигурные?"
"Конечно, все не так просто, я только что рассказал об основных принципах."
Чан Хаонань отложил ручку в сторону и, махнув рукой, ответил:
"Пленка, образованная фигурными отверстиями, одновременно с повышением эффективности ниже по потоку от отверстия, также увеличивает коэффициент теплопередачи в этой части, поэтому охлаждающий эффект для твердостенных участков с более низким коэффициентом теплопередачи относительно плохой."
"Кроме того, такой неудобный способ создания отверстий обязательно повлияет на структурную прочность детали, мы делаем авиационные двигатели, к перегрузкам есть требования, к тому же, высокая температура, высокая центробежная сила и сильное воздействие воздушного потока сами по себе являются испытанием для надежности конструкции."
"Поэтому, какую форму отверстий использовать, как спроектировать распределение пленочных отверстий на поверхности детали, угол наклона каналов - не только угол тангажа, но и как спроектировать поперечный угол, все это вопросы, требующие компромисса."
"Поэтому я и заказал специальное оборудование, с одной стороны, для изучения конкретной схемы пленочного охлаждения, а с другой стороны, для накопления некоторых данных для следующей большой итерации программного обеспечения TORCHMultiphysics, в области газотермического сопряжения есть немало отличий от простого термосилового сопряжения, боюсь, что для хорошей работы потребуется новый функциональный модуль."
Даже Чан Хаонань не был по-настоящему всеведущим, он и раньше пробовал использовать собственное программное обеспечение, но теории и данных в этой области было слишком мало, смоделированные результаты...
Можно сказать, что они имеют определенную справочную ценность.
"Тогда, Чан Цзун, я разработаю план эксперимента?"
Позади него Лю Юнцюань уже горел желанием попробовать.
"На самом деле, я уже все разработал..."
Чан Хаонань взглянул на новенькое экспериментальное оборудование неподалеку.
"Ах, это..."
Лю Юнцюань смущенно почесал лысеющую макушку.
Но Чан Хаонань тут же сменил тему:
"Но ты тоже можешь сначала попробовать, а когда разработаешь план, сравни его с тем, что я тебе дам."
Глаза Лю Юнцюаня загорелись, он тут же почувствовал, что снова в деле:
"Тогда... что касается образцов турбинных деталей для испытаний, будем использовать детали от Turbofan 9?"
"Верно, если у тебя нет данных по конструкции Turbofan 9, можешь запросить их напрямую на заводе 430."
Благодаря действиям Чан Хаонаня, Turbofan 9 в настоящее время стал, по сути, моделью для проверки технологий Turbofan 10.
Хотя температура перед турбиной у первого, как ни крути, не сможет достичь уровня 1200-1250℃, но эффект охлаждения, безусловно, никогда не бывает излишним.
Особенно если не требуется замена материала лопаток.
Конечно, завод 430 не останется внакладе.
Спей MK202 на самом деле является двигателем с тяговооруженностью всего лишь уровня 5, и по показателям, кроме расхода топлива, он уступает даже многим турбореактивным двигателям последнего поколения.
И из тех технологий, что были протестированы на Turbofan 9, наверняка найдутся те, которые можно будет применить в серийной модели, и при сохранении стоимости и общей конструкции, характеристики, несомненно, несколько улучшатся.
Обновлено: 07.04.2026