最近,日本高调向外界展示了其XF9大推力涡扇发动机,它是F-3隐身战斗机项目的配套动力系统,XF9的核心机于2017年7月交付,而在其基础上发展的原型机仅用一年就完成了装配,2018年下半年就正式开始了地面测试,可见XF9的前期进展还是非常顺利的。
日本F3隐形战机假想图
按照研制方石川岛播磨重工的说法,XF-9涡扇发动机的军用推力与加力推力分别达到了105kN和150kN的水平,乍一看,要比我国的太行发动机强不少,但这只是地面的试验数据,航空发动机在地面的推力远大于空气稀薄的高空,如涡扇-15在2012年就传出地面测试最大推力18吨的消息了,而它在正常状态下的推力只有16.2吨。
XF9发动机非常精密
那XF9的前景如何呢?这主要取决于日本在航空发动机研制方面的优势和劣势,了解啦这些也就能为XF9勾划出一个大致的轮廓。
日本研制航发的优势主要体现在材料和工艺两个方面:
先看材料。众所周知,日本一直在高科技材料方面有极高的造诣,航空发动机的最核心的单晶材料也不例外。单晶材料没有“晶界”引起的晶格缺陷,由这种材料制造的涡轮叶片不仅有着极佳的力学性能,而且在极高温使用环境下仍可保证寿命。日本已经研制成功了第五代单晶叶片,而F119用的仅仅是第三代,如果将它运用到发动机涡轮叶片的制造中,将极大提高发动机的性能。石川岛播磨公司宣称,由于采用了日本在全世界引以为傲的材料技术,XF9-1原型机确保了涡轮前温度1800度情况下的可靠运转,比F119还高100度,这个数据虽然有夸大的成分,但日本在这方面的水平不容小觑。
神户钢造假事件使日本“工匠精神”的形象受到了很大损害,但汽车的商业部件与XF9的涡轮叶片完全不是一个档次
再就是工艺。日本的优势不仅体现在各种高科技材料的研发上,还表现在这些材料企业化生产的制造工艺上,如在树脂基复合材料材料的成型,碳纤维复合材料的铺设等工艺方面,日本都有很深厚的积淀。而且日本高超的精密加工能力也让它在涡轮叶片的气膜冷却结构制造上有得天独厚的优势。
碳纤维复合材料已经在民航客机上得到了广泛应用
综上所述,日本在材料和工艺上的优势非常明显,但与之形成鲜明对比的是,它在航发研制上却也有巨大的劣势,主要表现在以下四个方面:
一是设计。日本自行研制喷气式航发的成功经验非常欠缺。如心神的XF5发动机得益于陶瓷基复合材料,涡前温度高达1800 k,但推力却只有5吨左右,这完全就是设计能力低下的问题,况且就是这样一款发动机还一直处于试验状态。况且日本研制的几种航发都是10吨以下的中小推力发动机,从只有中美俄三国研制成功大推力发动机来看,中小推与大推之间有着难以逾越的鸿沟,连英国这样老牌航空发动机强国都没有自己的大推力发动机,更不要说日本了。
日本仅研制了几款中小推力航空发动机
XF9发动机长度4.8米,与F119相近,如图,很可能也采用了同样的3+6+1+1结构,但它的进气口直径达1米,体现了日本依靠加大涵道比增加流量来达到推力指标的设计风格
二是日本的风洞、高空台、飞行台等试验设备欠缺。日本用于汽车、摩托车和高铁设计的低速风洞虽然很发达,但用于航空航天飞行研究的高速风洞却没有多少,无法提供高性能战机研究所需的大规模风洞群。因此,心神的风洞试验只能不惜泄露机密去法国做,可以设想,但凡日本有合格的风洞,也不会出此下策。
日本汽车风洞发达
三是整合能力,由于缺乏完备的本土风洞群及航空发动机型号的技术积累,日本航空发动机在设计及整合能力上有较大的缺陷。这也与日本的民族性格有关,从近现代历史可以发现,其一贯长于战术而短于战略,这种惯性思维对日本武器装备的研发也有很大影响。
四是外部环境。日本作为曾经发动侵略战争的二战战败国,被禁止超出自卫需要的大规模武器装备的生产和实验。另外,日本航空发动机的研制还受到美国驻军的严密监督,XF-9涡扇发动机自立项之初就将自身定位于第四代航发,这已经超出了美国的许可范围。
驻日美军可以对日本军工项目进行严密监督
另外,XF9从完成样机制造到批量生产还有漫长的成熟期,这是客观规律所决定的。如普惠F100发动机于1969完成首台原型机,1974年装备F15,做了十一年的机库皇后,直至1985年,到了F100-PW-220的阶段,才总算达到了成功的标准。太行发动机更是曲折,1992年完成首台原型机,2005年定型投产,直至最近几年才得以大量用于单发战机歼10。此外,经典航空发动机无一不是由几十台试验发动机通过成千上万的试验小时堆出来的。XF9有如此高的涡轮前温度,寿命和可靠性方面很难有理想表现,这意味着它需要更多的发动机进行试验。
航空发动机需要海量的试验
总而言之,即使通过加大涵道比和提高涡轮前温度,牺牲高速性能和寿命,日本的XF9最多也就能达到三代大推力涡扇发动机的水平,即使成功,也是用先进材料和工艺堆出来的一种总体性能落后的发动机。
但需要特别引起注意的是,XF9还采用了成熟度相当高的轴对称矢量喷管,还一下子拿出了现成的核心机,这些成果没有二三十年的努力是出不来的,可见日本大推航发的相关技术已经进行了长期秘而不宣的预先研究,从中可发现日本的蓄谋已久的狼子野心,必须永远警惕。