运-20B的首次飞行是在2020年11月21日进行的,最近,军迷圈中流传着高分辨率的照片,使得我们几乎可以确认,运-20B已进入批量生产阶段。而这一成就的背后,涡扇-20发动机无疑是关键所在。
如果按照发动机的不同配置来分类,运-20系列可以大致分为三个版本。首先是最早批次的运-20,使用的是D-30KP-2版本发动机。当初“运-20”项目启动时,由于中国当时的综合国力限制,其配套发动机的研发并非一帆风顺。为了迅速实现中国空军“20时代”的目标,中航工业在2016年交付的第一批运-20均配备了俄制D-30KP-2发动机。这款发动机是由前苏联索洛维耶夫设计局在1960年代开发的,标志着苏联第一代高性能大涵道比涡轮风扇发动机的诞生,并且其设计源自著名的小涵道比D-30家族。从上世纪70年代开始,D-30KP-2几乎主宰了整个东方阵营的天空,而它的主要用户便是同为战略运输机的苏制伊尔-76。同时,中国也在轰-6系列、预警机空警-2000等多个型号中大量使用D-30KP-2发动机。
2016年10月,俄罗斯军事杂志《俄罗斯之翼》首次报道了俄罗斯“土星”发动机公司与中国军方装备部之间签署的两份合同,总计涉及224台D-30KP-2发动机。这一数量庞大而金额可观,使得其在中俄军事贸易中占据重要地位。从2000年开始,中国向俄罗斯的订单已经超过809台D-30KP-2涡扇发动机!这种发动机的最大推力为12.5吨,涵道比为2.42,但其翻修寿命仅为3000小时,性能参数与西方同类发动机相比差距明显。此外,D-30KP-2还存在涵道比小、重量大、油耗高等一系列缺陷,设计也较为复杂。
虽然能够接受一些性能上的不足,但有一个因素彻底触动了中国人民解放军最为敏感的神经,那就是“受制于人”的问题!这一点历来都是领导层和军官们无法容忍的。随着中美关系的紧张加剧、2020年新冠疫情的冲击以及俄乌冲突的爆发,解放军空军一直面临D-30KP-2的供需紧张局面。而俄罗斯在对中国的发动机出口上始终持谨慎态度,迫切需要研发出自主的发动机。
这个重任便落到了涡扇-18的肩上。其次,运-20A型搭载了涡扇-18发动机。这款发动机的设计和发展是基于对D-30KP-2发动机的仿制,2019年实现了量产,并被装配在第二批次生产的运-20上。涡扇-18在材料科技上经过全面革新,相比于D-30KP-2,其整体重量减少了300公斤,推力提升了约9%,达到了128kN,约13.2吨的水平,油耗也降低近20%。其综合性能较之原版俄罗斯发动机提升了约6%至9%。涡扇-18的仿制成功,标志着运-20及轰-6系列不再受到外部技术的制约,虽然尚未达到最初的设计目标,但迅速缓解了中国大型运输机在发动机上的短缺问题。更重要的是,涡扇-18为后来的涡扇-20争取了宝贵的战略时间,这一转折意义非凡。
最后,涡扇-20版本的运-20B是中国完全自主研发的首代大涵道比涡扇发动机,凭借这款发动机,中国顺利成为全球第五个能够独立研制高性能大涵道比涡扇发动机的国家,同时也是目前推力最大的国产航空发动机,可谓称得上“瑰宝”。涡扇-20基于涡扇-10“太行”核心机开发,设计中包含36个风扇叶片、一级低压压气机、七级高压压气机、三级增压压气机、短环形燃烧室和收敛喷管等各类结构,其技术水平已达国际领先水平,具备全权限数字控制(FADEC)功能。
2020年12月,《俄罗斯报》和美国的The Drive网站首次曝光了运-20搭载涡扇-20进行试飞的照片。2021年1月,中央电视台首次报道了在西安红旗厂涡扇-20的生产车间。通过对涡扇-20装配图的比较,涡扇-20的最大外径约为D30KP-2和涡扇-18的1.52倍,D30KP-2和涡扇-18的风扇直径大约为1.45米,而其最大外径则接近1.56米。由此可推算,涡扇-20的风扇直径应该超过2.2米,最大外径更可能超过2.37米。
对比之下,美国C-17战略运输机所搭载的CFM-56风扇的直径仅为1.8364米,推力则高达15.45吨,而推力达到18.3吨的PW-2040发动机内径也仅有2.18米。因此,我们可以推测,涡扇-20的推力最少将超过18.3吨,假设运-20B经过改装后的推力,已经相当于五台D-30或涡扇-18发动机的总和。
从2014年开始,国内几所军工院校的研究论文中多次提及一种涵道比为8:1、风扇直径为2.3米、推力达到18421kgf(约180kN)的未知型号发动机,该型号的风扇直径正好接近上述提到的涡扇-20的尺寸。结合这一时间跨度,国内已知的两款涵道比超过5:1的涡扇发动机分别为涡扇-20和CJ1000,而CJ1000的涵道比早已被确认在9:1左右,因此这款“神秘”的涡扇发动机可以认为就是涡扇-20。通过这些研究论文的互相验证,涡扇-20的推力至少在180kN左右,即18.37吨。
这种涵道比,加上近年来中国在新材料技术上的进展,使得涡扇-20的预计油耗相比使用D-30KP-2的伊尔-76战略运输机将低约30%。考虑到运-20的吨位和气动设计本身就更为合理、先进,其油耗在与美军C-17的比较中也将显得更加优越。同时,涡扇-20的整体寿命可达约1.5万小时,翻修寿命也能够达到6000小时。根据坊间传闻,当前涡扇-20仍在不断优化,其未来的推力目标也将提升至20吨级别。
在关键的航程数据上,现役的运-20A最高航程为7800公里,而换装涡扇-20之后的运-20B航程预计将突破一万公里,具备了完整的洲际投送能力。如果放眼整个欧亚大陆,除非欧洲合作方全力以赴研发新型战略运输机或者前苏联重回历史舞台,否则我们在前方将无可匹敌。