為了上航母, 陣風M88被逼出來了直追F119的渦輪前溫度和推重比

眾所周知,相對於飛機,航空發動機有其自身相對獨立的研製規律,但這個規律在實踐中卻很難遵循,畢竟發動機再怎麼樣也是飛機的一個組成部分,而且它的研製進度往往落後于飛機,依照發動機來研發飛機的情況極其罕見,這就決定了發動機的設計會受到方方面面的制約。而飛機如果恰好又要是艦載機的話,它的發動機還會受到搭載平臺的限制,就算是航空發動機再有決定性,在航母面前也是相形見絀。法國陣風M88發動機的研製歷程就充分證明了這一點。

陣風的搭載平臺戴高樂級航母只有4萬多噸的排水量,它又不打算摺疊機翼,所以必須嚴格控制尺寸,這在很大程度上決定了其M88發動機的面貌,即必須用最小的尺寸和重量達到最大的推力,對M88而言,推重比要比單純的增推或減重要關鍵得多,為此,研製方斯奈克瑪公司不惜將最大推力8。3噸的M88-1放棄,改成了推力只有7。5噸的M88-2,為的就是要達到8。5-9級別的推重比。

為了上航母, 陣風M88被逼出來了直追F119的渦輪前溫度和推重比

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戴高樂級航母透過制約陣風艦載機很大程度上決定了其M88發動機的面貌

斯奈克瑪公司主要採取了減小尺寸、減重、增推三個方面的措施來增加推重比,下面逐一淺析:

一,先看減小尺寸,這一方面又可以分為減小直徑和縮短長度兩點。

1。為減小直徑,M88採用了較小的涵道比。在M88出現之前,法國研製的大部分航發都是單轉子發動機,單轉子雖然有結構簡單,效能可靠的優點,但由於只有一根傳動軸,一個轉速,低壓轉子和高壓轉子要互相牽就,這就使尺寸較大的風扇在直徑上受到了限制,涵道比難以做大,但小涵道比發動機卻有一個可貴的優點,那就是尺寸小。因此,M88雖然是雙轉子渦扇發動機,涵道比卻仍然很低,相比M53實際上沒有提高多少。但較小的涵道比卻降低了發動機外涵的排氣流量,渦扇發動機相對於渦噴發動機排氣速度低和推進效率高的優點大打折扣,這就導致M88-2的燃油經濟性居於劣勢,其中間油耗高達0。898公斤/公斤力·小時, 跟渦噴13的0。96 公斤/公斤力·小時差不多。這也成了陣風戰鬥機出門經常要掛兩個巨大副油箱的根本原因。

2。為了縮短長度,葉片級數偏少。M88發動機採用了3級風扇和6級高壓壓氣機,比F404少了一級高壓壓氣機,但得益於小涵道比帶來的高轉速,3級風扇的壓比達到了4,總增壓比也有24,其實並不低。在英法為“美洲虎”攻擊機聯合研製“阿杜爾”渦扇發動機的過程中,法國負責的就是壓氣機。但即使如此,F414發動機用3級風扇和7級高壓壓氣機就做到了30的總壓比,與之相比M88並不出色,至少不足以使M88達到超高的推重比。

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陣風戰鬥機的M88發動機

二,再看增推。小尺寸的要求已經把涵道比和級數給牢牢限制住了,為了使推重比達標,只能在渦輪前溫度上作文章了。最終M88的渦輪前溫度從1427℃提高到了1577℃,幾乎達到了F119的水平,為此M88採用了AMI單晶渦輪葉片和AstoIoy粉末冶金渦輪盤這樣的先進材料,但可能應用後的效果不理想,M88的生產型又改回了N18合金,這隻能證明法國的材料與冶金水平在西方發達國家中比較平庸,結果就M88-2E1投入使用時的初始檢修間隔只有150小時,驗證後達到的指標也僅為500小時,跟以壽命短著稱的RD33差不多。直到2001開始大規模生產時,M88-2E4的初始檢修間隔也才達到800~1000小時,這顯然拖了歐美航空發動機的後腿。

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第三種是沒有晶格缺陷的單晶材料

三是減重措施。既然制定了8。5-9這樣的超高推重比目標,M88大規模的出現非金屬複合材料就難以避免了,首先是外涵機匣採用了PMR-15樹脂基複合材料,和鈦合金外涵機匣相比,這種材料可減重23%~30%。因排氣溫度較高,為了增加可靠性,M88採用了與太行早期型號類似的引射噴管,但其噴口調節片卻是用碳化矽基陶瓷材料製造的。

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M88發動機的尾噴口

最終,透過對尺寸的嚴格控制,M88的長度僅3538毫米,遠小於EJ200的4米,重量僅850公斤,可能算是最輕的中等推力渦扇發動機了,進口直徑僅696毫米,在減小阻力的同時,也限制了進氣流量,導致空氣流量僅65公斤/秒,推力只有可憐的75千牛,不過M88-2的推重比高達9,追平了EJ200和F414,直逼F22的發動機F119。

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得益於嬌小的M88發動機,陳風戰鬥機的尺寸控制得很成功

後來的M88-3為了增推有所放寬,空氣流量從M88-2的65公斤增加到72公斤,推力也提高到90千牛。但付出的卻是改變發動機的外形尺寸的代價,如果一開始就設計較大的涵道比,如此的折騰完全可以避免。

總之,因法國底層設計水平的欠缺和沿襲較多參考機型,以致M88缺乏自己的技術特點,與同時期的英美同類發動機有著不小的差距,效能並不均衡。但歸根結底的原因是,M88實際算不上法國完全獨立研製的型號,而更像是研仿而來的成果,這從其缺乏可挖潛力與發展後勁有所表現,F414和EJ200各自的升級型號F414EDE與EJ230/270都達到120千牛推力級別,推重比也高達11左右,而法國M88卻沒有同樣的野望。

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M88缺乏可挖潛力

透過M88的研製歷程可以發現,在各種高新航空科技日新月異的情況下,一味的追求緊湊並不可取,這隻會禁錮型號的未來發展空間。此外,航空發動機除了型號專案的研製外,更需要完善堅實的基礎研究來支撐,而這要靠各個行業,甚至幾代人共同的艱苦努力才能實現,否則已經取得的成果最終也難免付諸東流。

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