日本渦扇發動機XF9-1經過5年測試,發動機渦輪前溫度已經超過了其對標的美國F119發動機。那這是否意味著日本在渦輪風扇技術上超過了美國,走在世界前列了?與中國渦扇技術相比又如何呢?
日本渦扇部分指標超過美國
其實日本之前一直都是直接購買成品飛機來供國內所需的,比如在2020年,日本就斥資230億從美國購買了105架F35戰斗機。
之所以要研究XF9-1發動機,是因為渦扇發動機作為給飛機提供動力的引擎就像是飛機的“心臟”,只有將渦扇發動機制造出來,才能確保本國航空國防體系完全掌握在自己手中。
早在2018年,日本就已經宣布測試新型發動機XF9-1,經過5年的測試,XF9-1發動機渦輪前溫度已經可達1826℃,成功超越了與其對標的美國F119發動機的1690℃。這個所謂的渦輪前溫度,就是氣流在燃燒室燃燒后,所到達渦輪機時的溫度。
渦扇工作原理是燃料和壓縮空氣燃燒產生的高溫高壓氣體,推動風扇來進行轉動,所以如果其他條件相同,渦輪前溫度越高,空氣膨脹率越大,推力就越大,相應的,飛機也將會飛得更快。
那日本渦輪前溫度目前已經超越了美國,是不是就意味著日本的渦輪風扇技術走在了世界的前列呢?
日本渦扇技術走在世界前列了嗎
實則不然,雖然XF9-1發動機產生的推力大于美國發動機,但它存在兩個致命的缺點。
第一是日本為了提高渦輪葉片的耐熱程度,使其具有更好的高溫抗蠕變性能,在其中加入了熔點為3186℃的金屬錸。要知道,錸是一種十分稀有的金屬,在地殼中的豐度僅為十億分之一,多以雜質形式伴生于輝鉬礦、斑銅礦中。
目前,世界范圍內錸的年產量僅有59噸,每千克錸的售價更是達到了1500~3500美元,即使這樣,依舊供不應求,所以如果日本的XF9-1發動機要批量生產,則會面臨很大困難。
第二點也是最為致命的一點,日本的渦扇發動機并不能做到完全國產,其中30%的關鍵零件仍需要從美國進口,如高壓渦輪和燃燒室。
這也就代表著美國卡住了日本研發之路的脖子,所以說如果美國禁止對日本出口關鍵零件,別說輪前溫度可達1800攝氏度的XF9-1發動機,甚至更加低級的渦扇發動機日本都造不出來。
和我國渦扇技術相比如何
那日本和我國相比又如何呢?先不說技術,單是自主研發這方面,日本便已經輸給了我國,我國自1956年便開始研制航空發動機,至今已有67年。
在這期間,雖進口過俄羅斯等國的發動機,但仍然在堅持自主研發,終于在2005年12月成功研發出渦扇-10,至此我國在航空動力領域就具備了獨立自主的研發和生產能力。
在技術方面,中國研發出的渦扇-15最大推力可達到18噸,而日本的XF9-1雖然在渦輪前溫度可以達到1800攝氏度,但日本壓氣機水平不高,制造出的壓氣機前軸頸錐角太小,導致氣流進入壓氣機時受到阻礙,降低了壓氣機的效率,因此其最大推力仍然無法達到理論上的極限,只能達到15噸。
孰優孰劣,想必大家心里已經有了結果。
參考文獻:
跟中國賭一把:日本版“渦扇15”已測試5年,指標比美國貨還高——騰訊網
錸:航天工業的“閃耀明珠”——人民資訊
意義重大!多款主力戰機已換裝“中國心”——環球網
下集 | 從XF9,聊聊日本航空發動機設計的得與失——澎湃新聞
飛機渦輪風扇發動機的優點是什么?——科普中國
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