为什么JF-17战斗机使用RD-93引擎而不使用更强大的NPO Saturn引擎?

如果答案中有任何技术错误,请随时在评论中纠正我,我将相应地更新我的答案。

快速说明 :RD-93和AL-31F之间的主要比较将在第二点(空气动力学和技术约束)进行。 我还将在答案中讨论其他引擎,包括中国的WS-13A,阵风的斯奈克玛M88,欧洲战斗机的EJ-2000和俄罗斯的RD-33MK。

影响JF-17设计的4个关键因素导致RD-93被选为JF-17的发动机。

  1. 教义
  2. 空气动力学和技术约束
  3. 模块化
  4. 国际政治和发动机可用性

教义

自1990年代以来以及南亚核时代的到来,PAF像其他武装部队一样,实行了主要的防御学说。 随着印度和巴基斯坦之间传统上的差距越来越大,越来越有利于印度,巴基斯坦武装部队将更多地充当保持部队的角色,目的是阻止印度施加压力,直到外国大国干预以结束冲突并在战争升级之前通过谈判解决争端到一侧(基本上是巴基斯坦)使用核武器的地步。

这种防御意识反映在JF-17的设计中。

在学说中有两点需要注意:

  1. PAF战斗机必须将拦截能力(快速拦截,强大的格斗能力)优先于打击能力(远程任务)
  2. PAF战斗机必须具有高可用性(维护时间短,并且发动机大修之间的时间长)
    • PAF战斗机必须将拦截能力(快速拦截,强大的格斗能力)优先于打击能力(远程任务)

JF-17主要设计为具有次要打击/近距离空中支援能力的防御型轻型拦截机。

如您所知,RD-93烟熏且效率低下。 尽管加力燃烧器确实具有很大的推动力。

这使JF-17能够为混战带来更多动力,并在更短的响应时间内与敌机交战,这就是JF-17旨在(拦截)的目的。

但是它严重降低了JF-17在远程打击任务中的性能,这是PAF可以接受的,因为它又被设计为轻型拦截器和空中优势战斗机,与F-16等更多高科技战斗机一起作战。

PAF试图解决的一个问题是JF-17的游荡时间短和CAP任务持续时间长。 JF-17的低惯性时间源于其燃油效率低的RD-93发动机,从而缩短了CAP时间。 这就是PAF考虑从RD-93切换到燃油效率更高的FADEC RD-33MK的主要原因。

特性 :RD-93是一台RD-33,其变速箱已移动以使其适合JF-17,最大湿推力略有增加,但以大修间隔的平均时间略为减少为代价。

    • PAF战斗机必须具有高可用性(维护时间短,并且发动机大修之间的时间长)

这是JF-17的PAF版本未使用中国生产的WS-13A的主要原因。 WS-13A因存在维护问题而闻名。 两次大修之间的平均时间太短,这意味着您将使Kamra之类的发动机大修设施不断充满需要维护的JF-17。 对于像PAF这样的小型空军来说,印度空军已经不多了,在紧张,动员等时期需要大量飞机维护的情况是不行的。 IAF可以与我们匹敌,甚至有50-60%的飞机可用率。 即使只有70-80%的可用性,PAF也会遇到严重麻烦。

这还没有完全排除WS-13A。 PAF正在等待其设计的改进,我们将不得不看看它在FC-31上的性能如何。

空气动力学和技术约束

首先要注意的是,与Al-31系列相比,RD-93是一款较小的发动机。 1台Al-31F发动机比1台RD-93发动机大很多,并且难以将JF-17上的发动机比RD-93大得多(小型,轻型拦截器,甚至比F-16还要小)是禁止的。

与RD-93发动机可比的一些发动机是阵风制造商的法国Snecma M88,其推力比RD-93小,欧洲战斗机的EJ-2000的WET推力也比RD-93低。 在此值得一提的另一款发动机是WS-13A,它具有较高的湿推力,但在设计JF-17时(90年代末和2000年代初),它是未经测试的中国发动机。

您可能已经注意到,所有这些引擎均来自Twin Engine Aircraft,而JF-17仅使用其中之一。 那应该告诉您很多有关JF-17的大小。 实际上,让我向您展示一些图像,以比较JF-17尺寸与Su-27(Su-27使用Al-31系列发动机)。

JF-17位于图像的最右侧,Su-27位于图像的最左侧。

上面的图片是JF-17与Su-27的良好尺寸比较。 它来自最近的Shaheen 5练习。

这是另一个描述尺寸比较的图像:

如您所见,JF-17的体积明显小于Al-31F的Su-27,但尺寸却与RD-93的Mig-29差不多。 Mig-29仍然比JF-17更大,更重。

JF-17有1架RD-93。 Su-27有两个AL-31发动机。 一架AL-31级发动机会撕裂JF-17的机身。

现在应该指出的是,巴基斯坦空军目前正在考虑为JF-17购买新发动机,但AL-31并非如此。

正在考虑的发动机是RD-33MK,这是RD-33的FADEC控制版本,效率更高。

EJ-2000是具有巨大出口潜力的发动机,其干推力较高,而WET推力较低。 巴基斯坦空军的设计人员希望获得更大的推力(这与对拦截和空空作战的重视相一致),并且对有效的长期巡游显然不感兴趣(因为打击能力是次要的)。

JF-17实施的另一种设计选择是在其机身中使用更多的复合材料,以大大减轻JF-17的重量。 这样一来,PAF便会获得更大的收益,从而使战斗机更轻,燃油效率更高。 当您考虑到JF-17可以容纳与RD-93相同级别的各种发动机的空间而没有比RD更大的发动机的空间或机身时,这一点尤其重要-93(AL-31F)可以在未来的JF-17机体上提供更大的推力或更高的效率。

有传言称,JF-17 Block 3系列将在其机体中使用大量复合材料。

AL-31 F根本不适合像JF-17这样的小型轻型飞机,因此它从来都不是JF-17设计的真正竞争者 。 它的发动机很棒,可用于J-10和J-20,但JF-17的飞机比已经很小的F-16还要小,根本无法容纳它的机身或承受机身压力。

模块化

关于模块化的观点仅是在强调RD-93绝不代表JF-17所有未来版本的生产线末端。 如前所述,PLAAF与WS-13A一起使用JF-17版本,如果WS-13A的平均发动机大修间隔时间增加,PAF将很乐意在其未来的JF-17版本上使用它。 WS-13A将用于为FC-31供电,PAF正在等待观察其性能以及中国人将如何对其进行微调,解决其在PAF采用之前的维护问题等。

从历史上讲,JF-17很大程度上归功于旧的PAF Sabre 2设计和我认为的超级七号设计。 这些都是PAF试图设计自己的战斗机的尝试,该战斗机基本上是F-7的重新设计和更新版本,而F-7本身就是Mig-21的中文版本。

Mig-21是当时最有能力的拦截机之一,如果飞行员驾驶得当,可以与数名美国战斗机作战,并且是格斗中的有力对手。 它的主要缺点是其非模块化设计阻止了升级和定制。 例如,它的前锥锥截面非常紧,无法将其雷达升级为更大的,功能更强的雷达,导致Mig-21在1980年代迅速淘汰,这是因为越来越多的战斗机配备了能力更强的远程雷达和导弹到现场。

JF-17的设计是对旧Mig-21设计的一次飞跃。 JF-17设计的主要目标之一是解决旧的Mig-21缺乏模块化的问题。 这将增强其出口潜力,但也将使PAF能够对JF-17进行定制和升级,并尽可能在2020年代甚至2030年代升级。

这种模块化方法扩展到了JF-17的发动机机身。 这就是为什么完全有可能看到未来的JF-17版本,这些版本由阵风的法国Snecma M88,欧洲的欧洲战斗机的EJ-2000或中国的WS-13A提供动力。

因此,如果需要,PAF可以将RD-93换成另一台发动机。 面对中国空军,中国空军已经开始使用WS-13发动机飞行战斗机。

国际政治和发动机可用性

Kamra的资深工程师讲述了一个故事。 早在设计JF-17时,巴基斯坦就受到了严厉制裁。 回想一下,这是1998年至2002年期间,巴基斯坦受到了Pressler修正案的制裁,也是98年在Chagai进行原子武器试验后所施加的制裁。PAF的装箱严密,拥有过多的高科技供应商。 当时穆沙拉夫总统敦促PAF多样化其供应商并向中国购买更多产品,这也是当时的一大因素。

当时对于JF-17的发动机是什么有很大的不确定性,谁愿意为我们提供发动机等,以至于当时的空军首长马歇尔·穆沙拉夫·阿里·米尔下令将其余的JF-17设计与引擎选择。 JF-17的设计将采用模块化发动机舱,该发动机舱将有足够的空间容纳各种RD-93级发动机(当时的俄罗斯RD-33和法国Snecma M88是可能的选择),以便以后无论哪种发动机PAF可以使用的装置也可以安装到JF-17中。

这与JF-17的其余模块化设计保持一致,后者允许在JF-17内外交换设备和组件,以便进行升级或满足出口订单客户的要求。 这就是为什么JF-17的背面比其他飞机要宽敞一些的原因。

JF-17的大屁股

结论

RD-93的选择源于多种原因,我尽了最大的努力来介绍它们,以全面了解为何选择RD-93而不是选择AL-31F,也选择了其他原因。可与PAF的JF-17版本媲美的引擎。

原因是由于需要一架飞机优先进行拦截和空空作战,而不是进行远程打击任务;国际供应商愿意向我们出售发动机;空气动力学和技术限制(Al-31F太大,会危险)强调JF-17机身)和其他相关设计选择。

未来趋势可能会在JF-17发动机鼠尾草中存储一些有趣的可能发展:

  1. 新型JF-17的Block版本引入了更多的复合材料,从而减轻了机身重量,这可能使RD-93成为JF-17的永久发动机
  2. 由RD-33MK控制的FADEC由于其更高的燃油效率而成为JF-17街区的主体,从而使JF-17的游荡时间更长,CAP任务更长
  3. WS-13A在FC-31中表现良好,中国人对其进行了微调,解决了发动机大修间隔时间短的问题,从而使其成为未来JF-17机体的主要发动机选择。
  4. 印度向俄罗斯施加的取消向巴基斯坦供应RD发动机的压力,导致WS-13A在JF-17机体中采用了更多复合材料。

感谢您的A2A。

正如另外两个回应所指出的那样,任何外国军事销售计划都涉及很大的政治(和个人利益)方面。 我倾向于在可能的情况下坚持决策背后的实际原因,这仅仅是因为它们对我个人而言更容易使自己动起来。

首先,我们需要确定在进行比较时要讨论的NPO引擎模型。 NPO 土星 AL-55发动机已用作几架轻型高性能飞机的单一动力装置。 印度斯坦航空有限公司已在HJT-36和HJT-39中使用了它们。 但是,它们并不是特别强大,可以提供17 kN的推力。

它的功能更强大的同级飞机(AL-31)可提供AL-55产生的推力(123 kN)的7倍。 它最初是为Su-27系列飞机开发的。 AL-31非常大:全长五米,直径一米,干重超过1,500公斤。

相比之下,Klimov RD-33 / 93系列的账面价值至少为78 kN,而JF-17的版本与用于为MiG-29和-35供电的发动机基本相同。 通过这种计算,RD-93的发动机比较小的AL-55的发动机要强大得多,但充其量也许只有AL-31的三分之二。

这是一些基于工程的思想以及可能的设计限制和任务要求所必需的。RD-93的重量可能与RD-33相同,称其为1000公斤。 它只有4.2米长,直径与AL-31相同,只有一米。 减轻重量在飞机设计中可能非常重要。 因此,必须安装动力装置的机身的局限性也是如此。 如果您想达到某些性能指标,或者在狭窄的空间内(为了维护,雷达信号或其他目的)容纳最好的发动机,有时您会倾向于采用一种或多种特定解决方案。

因此,有根据的猜测是RD-93是一个很好的折衷方案,它提供了更小,更轻的重量,以换取更少的推力。 如果将整个机身制造得尽可能轻,这可能会导致飞机表现出相当不错的性能。

(当然,巴基斯坦与克利莫夫合作的事实至少可以部分由印度(HAI)选择NPO作为其发动机承包商这一事实来驱动。政治,政治。)

在为飞机选择引擎时,需要考虑很多因素。 它产生多少推力。 但是,我们还必须知道,机身是否可以操纵发动机,是否可以适当地承受发动机在飞行中对飞机施加的压力。 到目前为止,土星发动机只安装在与Su-27和J-10等JF-17相比更重,更坚固的飞机上。 土星Al 31比RD-93重半吨,可产生约40,000磅(带有加力燃烧器)推力。 那有很多区别。

由于JF-17被设计为廉价战斗机,因此发动机必须具有成本效益。 土星发动机比RD-93贵得多。 RD-93是RD-33的变体,比原来的RD-33产生约10,000磅的重量。 这将发动机寿命缩短了一半。 但是RD-33发动机的问题是它们非常可靠,并且只需很少的维护即可保持运转。 这样可以节省很多钱,并且可以掩盖预期寿命缩短带来的问题。

您还忘记的事实是,JF-17并非巴基斯坦唯一的战斗机。 他们也有许多F-16可以与JF-17一起使用。 F-16更重,功能更强大,技术更先进,可以显示JF-17无法处理的事情。

他们不选择土星发动机的最后一个原因可能是俄罗斯不愿将其出售给巴基斯坦。 原因很可能是巴基斯坦与美国之间的牢固关系。 迄今为止,美国仍然是巴基斯坦军队的主要出资国。 土星引擎仍在开发中,我认为俄罗斯不会非常喜欢与如此亲密的盟友分享它。

感谢您的询问。

俄罗斯是所有非西方军用喷气发动机的大脑。 他们不愿与中国人或任何其他盟友/客户分享他们最先进的技术。 因此,由于中国本土发动机无法提供俄罗斯发动机具备的可靠性,效率和推力重量比,中国在俄罗斯喷气机上的仿制品一直表现不佳。

这是中国人正在努力纠正的缺陷。 但是到目前为止,这些努力还没有取得圆满成功。

在大多数情况下,战斗机是围绕发动机建造的。 这意味着发动机的尺寸,重量和推力在设计飞机时至关重要。 进行引擎切换通常是一个非常仔细考虑的决定。 改用完全不同且功能更强大的发动机将需要进行重大的重新设计,并且很快,您会发现自己正在设计全新的飞机并解决新的挑战。 因此,控制升级很重要。
就RD-33和AL-31系列而言,AL-31较重,更长且推力更大,这意味着机身可能需要进行重大升级。 它也产生更大的推力,在考虑机身的强度以应对压力时需要考虑到这一点,JF-17不使用很多复合材料,因此可能会遭受重大的重量损失……以及许多其他挑战。 而且,AL-31消耗更多的汽油。因此,油箱需要更大,更多的设计挑战……!
因此,更换引擎并非易事,更换后的引擎通常与原始引擎非常相似,但有一些改进。 即使是这样的受控升级,也需要大量测试(很多钱)。 因此,JF-17没有Al-31。

机身设计有专门用于运行的动力装置。 除非对机身进行特殊配置以接受两个特定的不同发动机,否则对机身进行重大的结构更改以适应不同的动力装置既不容易也不便宜。

土星的直径明显较小,比RD-93更长,也更重,是JF-17不合适的“快速改变”选择。 不论选择哪种RD-93的政治和技术环境,都有效地消除了NPO Saturn的使用。

A2A。 俄罗斯担心JF-17在全球武器市场上将成为其MiG-29的重要竞争对手,因此仅愿意出售较弱的RD-93发动机并入JF-17。

中国目前正在测试比RD-93大30%推力的古州WS-13台山发动机,并且在开始装备JF-17方面还只是时间问题。

[1] 2015年巴黎航空展:JF-17战斗机与中国原住民涡扇一起飞行

脚注

[1] 2015年巴黎航空展:JF-17战斗机与中国原住民涡扇一起飞行