歼10战机发展的历程相当漫长,作为中国第一种自行独立发展的战斗机,毫无例外地受到非常多的子系统的困扰。作为一种先进的战斗机,它的指标需要一个系统的工业整体进步的成果。大量的先进子系统比如发动机、雷达等领域中国并没有制造研发的成功经验。在80年代后期的独特国策环境下,轻工业,民用电子产业发展迅速,需要高级加工技术的领域从西方引进技术的收益没有想象中那么大,高水平元器件更是始终匮乏,既不能生产,也无法购买。这导致配套系统有些组件发展顺利,有些组件严重滞后,特别是几个关键的核心部件上的进度拖拉,致使飞机比预计的服役时间晚了8年。

心脏病的烦恼

飞机的发动机我们已经知道是留里卡-萨图恩联合体的AL-31FN了,照片上机尾的不锈钢隔热环是AL-31系列发动机高温部分的外部特征。这种发动机重量约1740kg,而推力和其他AL-31发动机一样,是122.55kn。AL-31FN发动机结构上采用带可变弯的进口导叶片的涡扇发动机,进口导叶片有23片,前缘固定后缘有调整片,叶片上有从压气机第7级引气的除冰结构,4级全钛合金风扇,前三级叶片为长弦带防振凸肩的叶片,压比3.6,涵道比0.6。9级高压压气机,压比6.6,总增压比23,环形燃烧室,高低压涡轮都是单级的,涡轮前温度1665k,发动机空气流量112Kg/s,军用推力76.2kn,最大加力推力122.55kn。耗油率0.0695kg/n.h,加力耗油率0.198kg/n.h。AL-31FN在苏霍伊飞机上的出色表现证明了这种发动机异常优异的工作稳定性,对各种恶劣工作条件下的适应性,它能在眼镜蛇那样的超过90度大迎角下正常工作,轮机动的360度旋转更是进气条件恶劣到极点,而AL-31F发动机都完美的运作并展示了,这个特性对于新飞机的研制非常重要,尤其是单发战斗机。歼-10计划从86年执行至今,飞机首飞到现在已经超过8年以上,并未有坠毁之类的消息传出,对比当时中国内的一些对老旧的涡喷发动机的改进装机却屡屡有坠毁的传闻,可见AL-31FN的稳定对于歼-10意义非凡。

按照最初的计划,中国人也许从没有打算过会使用俄罗斯的发动机。回忆一下80年代的国际政治环境,80年代中期,中国和苏联的关系还没有像现在这样亲密,相反互相敌视的情绪相当高涨,中国在远东部署有超过100万人的部队,而苏联也在蒙古有50万以上的部队。歼-10瞄准的对手是苏联空军主力米格23,米格25,也一定程度瞄准了米格-29和苏-27的身影。不过政治关系的转变往往比工程计划更具有戏剧性,到了80年代末,在戈尔巴乔夫的主导下,中苏关系再度亲密起来,中国获得苏-27战斗机的出口就是一个很大的证明,在此之前苏联是绝对不卖这种当时极为先进的大型远程战斗机的,因为他在帮助中国对抗中国的同时也有能力威胁苏联的腹地,为此苏联曾要求中国不能将这种飞机部署在北方,并关闭了相当多的对地攻击的功能,使其只能使用火箭弹或者BoB!!!作前线临时支援用途,而不具备特别的攻击能力。

一切的担心没有成为现实,随之而来的不幸解体突然瓦解了苏联的威胁,俄罗斯的经济需要大量出售军事技术来维持,以前不能卖的东西现在是深恐推销出去少了,俄国成为中国获得先进武器和技术的最好的窗口。1989年tian~an-door事件以后,与中国亲密的西方也因为美国主导的封锁突然变得陌生和对立起来,中国的歼10原先预期在西方技术支持下开展的可能性突然关闭,再加上90年代台湾问题的中国和美国的巨大分歧,f-16战斗机和幻影2000进入台湾,导致歼-10的作战对手更换成F-16、F-15,从西方引进发动机或者是从西方获得研制发动机技术的大门彻底关闭。美国的技术封锁相当严密,而掌握高级发动机技术的英国,法国则将中国看作倾销淘汰技术的理想市场,并不愿意冒政治风险向中国输入较先进的技术。中国航空发动机工业早先因为苏联提供的战斗机技术而建立起来的,工业水平不高,且没有正常建立研发机构。米格21战斗机的r-13发动机中国直到80年代才算真的仿制成功并将其实用化,这种苏联20年前的技术还让中国为难了长达10几年之久。

所以,在90年代末21世纪初,中国还愿意花费巨资购买英国60年代的斯贝发动机的设计生产技术资料,自此才让中国国内仿制斯贝发动机获得成功。可见中国飞机发动机科研水平和工业水平的低下。正是在这种背景下,中国几乎所有的新研制飞机都受到发动机问题的巨大影响,前面我们谈到的歼-9战斗机的屡次延误和中国自称的ws-6型发动机的拖延无不关系。中国的歼-8战斗机类似于我国的苏-15。也是因为缺乏推力更大的发动机,飞机的性能仅仅和米格21改进型号相当,即便如此还花费了20多年才完成实际的设计定型工作。

如同歼-9计划一样,歼-10计划配套研制的发动机仍然是编号为航空部第606研究所的沈阳航空发动机研究所,他们为歼10计划准备了名为ws-10的涡轮风扇发动机,预计设计推力120kn,推重比为8。这个型号的发动机研制比飞机设计的时间早差不多一年,在80年代初期,中国引进波音737飞机的时候曾按照苏式飞机的维护标准,购买了一些作为备份的cfm-56-3发动机。后来中国在使用中发现这种方式对于西方飞机并不适用,波音737终身都不用更换一台全新的发动机。这个时候中国的发动机学者们考虑到cfm56-3的核心机与美国通用研发的f110涡扇发动机几乎是一致的,西方有瑞典利用普惠JT-8D民用发动机改进成为战斗机发动机的前例,中国也计划从这种发动机基础上研究下去,获得一种中国的f110发动机,经过计算,利用这种发动机的核心机可以获得110-130kn的推力,完全能满足飞机的要求。中国认为这样利用现成成熟的技术完全可以比自己重新建立一套来的迅速和简单,可以满足新飞机研发的进度需要。

这一次作为曾经为歼-9研制的涡扇6(WS-6)母工厂,606所接受了这一推力相近的发动机的研制任务。新发动机理所当然放弃了在几乎完成的涡扇6G发动机上进行改进的打算,而是决定跟踪西方航空发动机发展的潮流,决定完全重新研制一款先进的发动机(官方语)。新发动机采用和模仿了美国通用公司的CFM56-3发动机的核心机,这种发动机大量装配在中国拥有的数量庞大的波音737机群上,这种发动机是从美国通用动力公司以提供B-1轰炸机的F101发动机发展而来,同时衍生出性能相当杰出的F110发动机,中国选择这个作为参考,充分考虑到这个平台出色的可移植能力,已经成熟的结构和大量的使用经验,还有可通用零部件的易采购和易于维护的特点。尽管选择了一条看上去的捷径,工业化水平的差距仍然需要花费十几年的时间和精力才将发动机变得更为现实和能够被自己的工艺生产出来。到目前为止甚至还没有能够应用在中国生产的歼10上的消息,至少赛坦公司的订单还在源源不断地增加。中国航空工业一集团的官方网站最新的消息表示这种发动机似乎已经获得了最后的成功,相信距离大规模应用还有一段时间。这种发动机在中国还处于高度保密的状态,很少量的文章会通过一些专业的学术期刊发表,这些零星的消息,是推测他的存在和性能的证据,我们认为这种发动机具有如下的性能与结构。为了方便对比,我们采用和F110-GE-100的数据进行图表对比。FWS-10的数据大部分为预估.

F110-GE-100 FWS-10A

进气口 带进口导叶 可变弯度进口导叶

风扇 3级,压比3.2 3级,压比3

涵道比 0.87 0.8

压气机 9级,压比11 9级,压比11~12

空气流量 115kg/s 126kg/s

总压比 30 32

燃烧室 浮壁短环式 浮壁短环式

涡轮 对转式高压1级,低压2级 对转式,高压一级,低压2级

涡轮前温度 1655k 1700k

军用推力 75.56Kn 79Kn

加力推力 122kn 132.4kn

重量 1800kg 1795kg

FWS-10的外形尺度和重量与AL-31F系列发动机高度相似,中国考虑在歼-10和国产化的苏-27上采用,形成类似于美国的发动机通用战略。缺点在于全部主力战斗机都采用同一类型的发动机,一旦出现事故,所有的机群都会受到限制停飞。优点在于可以利用批量生产降低发动机的生产成本,摊薄研制成本,大量可互换的零件便于地勤的培养和通用。有趣的是,现在中国空军将拥有两种不同的发动机,但两者的性能和水平相当接近,到目前为止,有超过500台以上的AL-31F系列发动机被中国空军采用,而设计WS-10A发动机的厂家恰好又是承担中国空军AL-31F发动机大修的工厂,几乎不需要考虑,我们也可以认为中国的发动机上一定有我们的发动机的技术。这一点可以从WS-10进化到WS-10A这一过程推导。据说中国最先研发的WS-10发动机是不太成功的,这种发动机推力大约有12000kg,但在一系列定型试验中表现恶劣,技术问题层出不穷,无法达到使用状态。而中国在96年便获得了AL-31F发动机所有的大修资料,并且也获得一定数量的零件生产资料和技术,WS-10A发动机大约在2000年前后成型,技术的扩散有相当的可能性。当然,如果一切如同我们设想那样美好,WS-10A发动机将会很快影响我国飞机出口市场,中国已经计划在他们生产的苏-27上安装它,歼10作为原定使用客户反而落在后面,当赛坦公司的发动机出口停滞,中国的发动机才是真的准备好了。当然,俄罗斯也不再死板了,143kn的AL-31FM便是一个很好的继续使用下去的理由,还有更大推力的或者装备推力矢量技术的发动机,这些都是中国所不具有和不能很快具有的。

战斗机的设计上,发动机的重量是决定飞机重量的一个重要参数,我们可以通过参考设计上类似的飞机的设计比例参数,推测出一型战斗机的重量等参数。有经验的飞机设计师会选择一个尽量小的重量配置到飞机上,考虑歼-10的外型尺寸,它的空重将会在F-16和F-18之间,不过三角翼无尾布局可以获得较轻的结构重量系数,以动力装置的重量和设计常数来推测,我们推测歼-10战斗机的动力系统和飞机空重的比例大于应该在0.2-0.22之间,F-16A的这个参数是0.25,F-18的参数是0.18,法国的幻影2000约为0.2,而中国的米格-21这一参数是0.22。以中国习惯上参考的米格-21的设计习惯为例,和歼10机翼设计与幻影2000的相似度来看,我们推算出歼-10战斗机的空重为7900kg。从中国网站上流传的消息上看,大致上认为歼-10的空重在7800kg和8600kg之间,这对于上面的取值都是正常合理的。再根据结构效益上中国提出更高的寿命时数和高过载要求,电子设备也大大增加,这足以抵消结构和材料上设计的,我们将歼-10的重量比值再考虑高一点,大约0.21左右,空重在8300kg左右较为合理。考虑到美国F-16系列战斗机在安装F110发动机和增加电子设备以后,以及增加最大起飞重量4吨以后,重量达到从早期的6900kg增加到8600Kg。目前的歼-10看上去还是以空优为主的飞机,最大起飞重量可能不会大于F-16C的水平,而三角翼飞机的结构重量也该大致相当。