歼20A配WS15发动机首飞
前天歼20A适配WS15发动机首飞，需要说明的是，这次首飞的是双发WS15和歼20A这个组合的首飞。其实之前WS15和歼20A都已单独首飞过。WS15此前是以一台WS15配一台WS10C的组合在歼20上试飞，目前WS15发动机的研制工作已经基本结束。现场标语表明这次飞的是歼20A，再早首飞的双座歼20可能叫歼20S，歼20B这个型号目前并不存在。至于有些人说歼20B如何如何，显然是没有搞清楚状况。
现场照片至少能看到15和后面很远的A这两个字 中间还有个配字
虽然照片非常模糊，但是从现场照片上看歼20这个高脊背版本就叫歼20A。这是第一个问题，就是前天试飞的歼20到底是什么型号的问题。第二个问题是WS15到底是不是歼20完全版的理想配套动力。在昨天文章的讨论区里有网友声称WS15发动机的涵道比是0.25。起因是我们在昨天的文章里提到，歼20完全版的配套动力是WS10C而不是WS15。有网友有不同意见。认为WS15发动机并不像我们推测的那样，通过扩大涵道比来提高加力推力。那今天我们就结合歼20动力的发展过程来讨论一下WS15发动机的性能。
歼20此前装备的WS10C发动机
想说清楚这个问题并不容易，我们得从歼20最早的配套动力WS10B说起。歼20试飞和服役时用的就是WS10B发动机，这是一个基本的客观事实，央视在2011年就官宣过了。论证过程我们这里就不重复了，感兴趣的可以看我们航空发动机技术专题的系列文章。我们知道在开始研制歼20战斗机的时候，必然是要研制配套发动机的。歼20作为一个第五代战斗机对动力的需求有这么两个特点，一是涵道比要小，另一个是中间状态推力要大。那么研制发动机的技术路线可能有两个，一个是在原来太行发动机的基础上改进，另一个是直接给太行发动机换高推核心机。
WS10B发动机因为换了核心机所以不叫太行改进型而叫太行发展型发动机
当然还有一个思路，是直接在高推核心机基础上全新研制发动机。但是这条路走不通，因为在2006年开始研制推比十级别发动机时，高推核心机在高空台上测试参数还没有完全达标。完全达标要等到2009年年底了，但是歼20在2011就要首飞了，在时间上根本来不及。所以事实上给歼20首飞配套的发动机就只有两条路可选。要么大改太行发动机热端部件提高涡轮前进气温度，要么直接给太行换个核心机。
25.5kg/s流量核心机其实就是太行的核心机
我们先说给太行发动机提高涡轮前进气温度的技术路线。这张图上的25.5kg/s流量核心机其实就是太行的核心机，也是我国25公斤流量核心机的原准机。从上图曲线上可以看到，如果采用保持换算转速不变的技术路线，提高涡轮前进气温度，是可以让发动机推力达到目前WS10C发动机推力水平的。
使用太行核心机的最后一个太行改进型版本最大推力是14吨
但是这里面就有一个涵道比的问题。因为如果只是提高涡轮前进气温度的话，发动机的涵道和太行发动机是一样的，我们知道太行发动机的涵道比是0.78左右。这完全不符合第五代战斗机对涵道比的要求，会对超音速性能带来严重影响。像美弟F22战斗机配套的F119发动机，其涵道比就只有0.3。就算是F135发动机，其涵道比也只有0.57，比0.78低多了。所以只是简单提高涡轮前进气温度这条路其实是走不通的。而且站在提高发动机性能的角度，肯定是把高推核心机的技术下放到WS10B上，但是如果在太行核心机基础上修改，就有点做重复工作的嫌疑了。而且修改幅度相当大，还不如直接换高推核心机。这样在工作量和时间上更节省。
WS15总师程荣辉的论文
另外WS15的总师程荣辉也说过，通过对上一代发动机的改进，无论如何都无法满足第五代战斗机对动力的需求。所以剩下的路就只有一条了，那就是给太行发动机换核心机。所以太行发动机换核心机就变成了WS10B发动机，只不过技术指标要降低一点，因为高空台上测试还没完全达到预定技术指标。当然能换核心机是因为我们前面已经打下了一定基础，在WS10B发动机开始研制之前，我国30公斤每秒流量核心机也就是高推核心机已经在高空台上做过测试了。虽然没有完全达到预期的全部指标，但是受益于江和甫总师的远见，高推核心机已经配套外涵道做过高空台测试了。这就大大加快了发动机的研制进度，为赶上歼20首飞创造了条件。而配套的风扇和低压涡轮很可能就是太行发动机的。这样一套东西其实就相当于给太行发动机直接换一个核心机。
歼20试飞机及服役时配套的矢量推力版的WS10B发动机
这恰好是一个绝配，因为高推核心机的直径要比太行核心机直径更大，配上太行的风扇和低压涡轮，涵道比会变小，这样直接就满足了歼20对发动机涵道比的要求。如果不是因为太行发动机的涵道比偏大，WS10B发动机这样一个另类的搭配可能根本就无法成立了。可能有人会说是不是直接把风扇和低压涡轮一起换了，如果把太行的风扇和低压涡轮也换掉，那其实相当于在高推核心机基础上全新研制。我们前面说过这个在时间上来不及。而且这跟太行也没有一毛钱关系了，那就不能叫WS10B了。这样一个换核心机的方案很好地解决了两个问题，第一是解决了涵道比的问题，太大的涵道比不适合追求超音速机动性。然后发动机的*用军**推力又比原来太行发动机的*用军**推力大了很多，完全符合超音速巡航对发动机推力的要求。
太行发动机的中间状态推力也就是*用军**推力只有73.5千牛
按照深圳卫视公开的消息，WS10B的*用军**推力超过90千牛，加力推力144千牛。至于这个超过90千牛到底是多少，我们前面也分析过，参考F119发动机的涵道比，WS10B的*用军**推力应该在97千牛左右。这个推力比太行发动机的*用军**推力大太多了，我们知道太行的*用军**推力只有73.5千牛。相当于提高了32%，即使只以90千牛计算也提高了22.45%。如果不换核心机，只是提高涡轮前进气温度这是根本做不到的。要知道太行发动机的涡轮前进气温度只有1750K左右，而WS10C也只是提高了100K左右，提到了1850K左右。如果不换核心机这100K的温升是无法把推力提高这么多的。
按照招商证券的资料 WS15的涡轮前进气温度在1850K左右
其实我们从WS10B推力上的变化也能看到涵道比变化的影子。因为WS10B的*用军**推力大幅提高了，但加力推力提高却不多。*用军**推力提高了22.45%-32%，加力推力只是提高到144千牛。要知道使用太行核心机的太行发动机最终改进型的推力也只有14吨，提升幅度非常小。这样的变化是跟涵道比的变化密切相关的，因为涵道比越大，流过外涵道的空气就越多。外涵道的空气是没有经过燃烧室的，有足够的氧气。而这部分空气越多，进入加力燃烧室后就可以喷入更多的燃料进行燃烧，进而获得更大的加力推力。而*用军**推力大幅提高，但加力推力提高不多，这就意味着涵道比明显缩小了。
理解了WS10B发动机的发展技术路径，那么WS10C的性能就非常容易理解了。在2009年年底，高推核心机在高空台测试完全达到预期技术指标之后。WS10C的转速和涡轮前进气温度就可以达到高推核心机原计划达到的技术指标了，这样推力指标和推重比指标就可以进一步提升了。*用军**推力大致在105千牛，加力推力在157千牛左右，如果按照招商证券提供的数据，加力推力在161.86千牛。这就是WS10C发动机的大致性能。我们知道这个性能指标是直接对标F119发动机的。实际上WS10C的性能完全达到了F119发动机的技术水平。
F22的动力F119发动机
而到了WS15这里，就彻底抛弃太行的风扇和低压涡轮了，重新研制了和高推核心机完全匹配的风扇和低压涡轮。所以型号名称就变成全新的WS15，而不是WS10系列了。WS15发动机的推力继续提高，加力推力达到了181.37千牛，换算一下就是18.5吨多点。涡轮前进气温度可能也略有提高，可能在几十K的样子，招商证券的1850K这个数据不一定正确。重新设计风扇和低压涡轮之后，涵道比可能也扩大了。我们知道涵道比越小加力耗油率越大。而从国内军事专家的口中，我们得知WS15的加力耗油率是1.98，比F119的2.4强太多了。在涡轮前进气温度没有F119高的情况下，如果不提高涵道比，WS15的涵道比仍然保留在WS10C的水平，想实现如此大幅的加力耗油率下降是不现实的。所以从加力耗油率的变化上能证明WS15的涵道比确实明显提高了。
要知道WS10C是对标F119的，到WS10C这里性能已经追上了，甚至略有超过。那么追赶F119的目标其实已经完成了。在这种情况下，继续提高推力的WS15和目前歼20的气动已经不完全匹配了。要想把WS15的性能完全发挥出来可能要对歼20的气动做出相当幅度的修改，不是像歼20A那样简单加高脊背就完了。所以合理的做法是在歼20A基础上搞一个气动修改版的歼20，扩大油箱以进一步提高航程。或者是扩大弹舱，以便提高携弹量或者携带尺寸更大的*药弹**。也或者是再研制一型5.5代的战斗轰炸机接替歼16的任务。可能正是基于以上考虑，WS15的设计目标出现了明显的调整，适当提高了涵道比。而涵道比提高对于超音速飞行性能是不利的，所以我们才说追求超音速机动性的歼20完全版理想的配套是WS10C而不是WS15。
普惠公司的F135发动机
实际上F135发动机的发展道路也是类似的，普惠公司的F135发动机可以看做是F119发动机的涵道比放大版。虽然加力推力提高到了191.3千牛，但是涵道比从0.3提高到了0.57。所以使用F135发动机的F35最大飞行速度只有1.6马赫，F35B的最大飞行速度甚至只有1.4马赫。而且完全没有超音速巡航能力。当然F135发动机的加力推力能从F119的156千牛提高到191.3千牛，不光涵道比提高了，发动机的涡轮前进气温度也提高了110K。
所以讨论区网友所说WS15的涵道比是0.25这件事是完全不靠谱的，没有任何依据。除非有一个例外，那就是WS15用的不是国产30公斤流量核心机而是更大流量的核心机。这个可能性有没有呢，只能说理论上可能会有，但是可能性会非常之小。因为30公斤流量核心机的性能还没发挥出来，马上又换核心机，这么做不是一般的激进。那么更大流量的核心机我们有没有呢？当然是有，程荣辉总师牵头搞了一个35公斤流量的核心机。这是一个更有意思的话题，不过受篇幅所限，这个话题暂时打住，随后有机会我们再聊。