WS15可能并不是歼20完全版的理想动力，WS10C才是

涡扇10C发动机

最近WS15发动机投入批量装备的消息引起了大家广泛的关注，于是很多人就开始说WS15一旦批量装备，歼20就可以实现完全体了，如何如何。虽然歼20最早可能就是冲着装备WS15这个目标去的，但是这个说法可能并不准确。歼20完全版理想的动力应该是WS10C才对。要把这件事情说清楚，可不是一件容易的事情。这涉及到歼20最早装备的WS10B，现在装备的WS10C以及将来有可能装备的WS15。可能要把歼20配套发动机的前世今生都拿出来说道说道，才有可能弄得明白。所以这篇文章有点长，大家要有点心理准备。

大赛上公开了WS10C这个名称以及和WS15均已批量装备的消息

我们先说说这几台发动机的型号名称，最早歼20服役时装备的发动机是WS10B。WS10B这个型号名称早在2011年年底中央电视台就官宣过了。而WS10C这个型号名称一直到最近第七届中国航空创新创业大赛才公开。在大赛上中国航发北京航空材料研究院项目负责人张勇首次提到了WS10C和WS15都已批量装备。这是首次在官方渠道上有专业人士公开提及WS10C这个型号的名称。在此之前我们只知道在WS10B之后，有一个性能更先进的采用锯齿形尾喷口的发动机自2017年开始装备在歼20上，也就是去年珠海航展上公开表演的歼20使用的发动机。但我们无法确定这台发动机应该叫WS10C，还是应该叫WS15。现在这台发动机的型号名称终于可以确定了，应该就是WS10C。

30公斤每秒流量的我国高推核心机

WS10C这个型号名称确定以后，另一个发动机型号也就可以确定下来了。后一个就是军事专家在媒体上已经多次提及的WS15，加力推力为18.5吨。至此现有涉及歼20的这三台发动机的型号名称都可以确定下来了。看过我们前面文章的朋友都知道，WS10B、WS10C、WS15这个三个型号的核心机采用的可能都是我国30公斤每秒流量的高推核心机。我们把这个发展过程称之为WS15三步曲。WS10B、WS10C、WS15这个三个型号其实就是高推核心机在我国军用小涵道比发动机发展过程中的三个阶段性成果。我们先说说WS10B这台发动机。看型号名称这台发动机应该是太行发动机的改进型号，但是我们要清楚对于第五代战斗机来说，第三代发动机及其改进型号无论如何改进都是无法满足要求的。

WS15总师程荣辉的论文

为什么这么说呢？主要原因是对第五代战斗机来说，最重要的性能是具备隐形能力。如果要隐形，就必须武器弹舱内置。这就必然导致飞机的机身截面加大，从而导致飞行阻力大幅增加。而第五代战斗机还要求有超音速巡航能力，所以对发动机的军用推力有非常高的要求。而这是第三代发动机及其改进型号无法解决的问题。这也就是为什么歼20不可能装备AL31FN的根本原因。

WS10B尾喷口和AL31FN的确实很像，但WS10B采用了矢量喷口而AL31FN不是

歼20试飞后期和服役时用的是矢量推力发动机

那么我们是怎么解决这个矛盾的呢，就是给太行发动机换核心机。为什么我们认为WS10B更换过核心机呢？主要是WS10B的军用推力大幅提高了。2018年深圳卫视在介绍歼10C服役时提到了WS10B的性能，军用推力超过90KN，换算过来也就是9.2吨。加力推力144KN，换算过来也就是14.7吨。我们知道我国WS10也就是太行发动机的军用推力在7.35吨左右，如今提高到90KN，提高了将近25%。这显然不是太行原来的核心机能做到的。我们知道一台涡扇发动机开始研发时都会保留一定的改进潜力，通常在15%左右。但是你要说提高25%，这个性能提高就是跨代的性能提高。事实上太行发动机也曾做过一些改进，推出了一个14吨的改进型号。这个型号其实就是太行核心机在军用涡扇发动机这条线上的最后一个改进型号WS10A。

这台增大12%推力发动机可能就是加力推力为14吨推力的WS10A

上图中提到的这台推力增大了12%的发动机应该就是WS10A，12%就是从12.5吨提升到14吨。但是再往后太行核心机就没有其他进一步的改进了，当然发展燃气轮机那是另一条线。主要的原因是太行发动机的涵道比已经比较高了，达到0.78左右，已经没有什么改进空间了。至于有人猜测提高12%的是WS10B，这个并不成立。从132KN提升到144KN是9%左右，不是12%。而且WS10B的中间状态推力提得太高了，从7.35吨提到9.2吨是25%。而从12.5吨提高到14.7吨是15.2%。并且人家说的是提高到90KN以上，这个以上具体是多少没说清。这个以上如果以涵道比0.3计算，应该在在97KN左右，相对应于7.35吨是提高34.67%，太行核心机如果不换，无论如何做不到。

如果不在核心机上进行大的改进，提高发动机推力基本上就只能靠扩大涵道比这个方法了，但是太行发动机的涵道比是0.78左右，已经很难再提高了。再说太行的核心机也不是我们从核心部件预研开始发展起来的，再往高处拔已经力不从心了，而且无论怎么改也无法满足歼20的要求。将加力推力提高12%以后，改进潜力也基本上挖完了，所以太行核心机在小涵道比涡扇发动机上的发展就此结束了。2016年珠海航展上的那台金色的太行改进型发动机就是太行核心机在小涵道比发动机上最后一个阶段的成果了。

2016年珠海航展上的太行改进型发动机

也就是说想实现25%的性能提升，在原有核心机上修改是不现实的，最简单的办法是把下一代的核心机直接拿过来用。事实上我们在研制WS10B的时候确实已经有了高推核心机，也就是前面提到的30公斤每秒流量的核心机。不过在2006年WS15立项研制时，高推核心机在高空台上测试没能达到全部的预期指标。完全达标要到2009年底去了。那么WS10B其实就是保留太行发动机原来的风扇和低压涡轮，然后换上高推核心机的组合体。这样之所以能行得通，还有一个重要原因，就是因为原来太行的涵道比比较大，而高推核心机的进气口要比太行核心机的进气口直径要更大。这样串装在一起之后刚好就变成了一个小涵道比的涡扇发动机，完全可以满足歼20的需要。如果太行发动机的涵道比也是在0.3左右，这件事可能就做不成了。

WS10B原计划要达到的指标是155KN

当然WS10B的转速和涡轮前进气温度是有所下调的，以降低技术难度，赶上歼20首飞的时间节点。WS10B的性能指标就是军用推力超过90KN，加力推力144KN。其实再早定的指标要更高一些。不过这些指标当时未能实现，就只能放在WS10C身上去实现了。WS10B因为性能指标跟F119发动机相比还有不少差距，所以就没有使用隐形性能更好的锯齿形尾喷口，以避免推力损失。

这里的太行改进型就是原计划的WS10B

虽然WS10B性能不如F119，但是距离F119已经不远了。加力推力144KN，离F119的155.7KN也相差不多了。涡轮前进气温度可能在1850左右。比较有意思的是这个90KN以上的指标，说得非常含糊，显然是不想暴露出换核心机这个改进。但是作为追求超音速机动性的歼20来说，配套发动机的涵道比是不可能很大的，应该和F119类似也在0.3左右。这样以涵道比0.3计算，WS10B的军用推力可能在97KN左右，和F119相比差距也不大。再加上歼20非常优秀的气动设计，让歼20具备了2.55马赫的最大飞行速度。这样在飞行性能上歼20的飞行性能没有受到WS10B性能差距上的影响，歼20反倒占据了优势。此时的WS10B推重比大概在8.8左右，这也是某些资料上把WS15的推重比写成8点几的原因。

WS15的介绍资料

不过发动机性能上的差距毕竟是差距，早晚还得追上去。所以在高推核心机完全达到预期指标之后，就推出了WS10C，这个就是把前期降低的指标再提上来。涡轮前进气温度估计在1920K左右。WS10C的性能指标我们前面也做过推测，军用推力大概在108KN左右，加力推力156左右KN，推重比在9.7左右。不过近些年也有些资料上说加力推力是161.87KN，也就是16.5吨左右。这个如果官方没有正式的公布，不确定具体是多少，但是大致是在这个区间之内。考虑到涵道比的因素，我们倾向于前者。这个就是高推核心机在小涵道涡扇发动机上的第二阶段成果。此时WS10C的性能已经可以比肩F119了，性能指标完全不落后。正是因为推力上来了，所以锯齿形尾喷口就可以用了，对改善尾向RCS有所帮助。

WS10C 不过不是矢量喷口 因为尾喷口和机身锯齿间没有供矢量喷口摆动的间隙

因为WS10B、WS10C、WS15这个三个型号发动机和高推核心机之间复杂的关系，以及设计目标的多次修改。所以上述三种发动机型号的性能指标以及型号名称有点混乱。本来WS10B、WS10C这两个型号名称看上去应该是太行发动机的改进型号，确实也改进了。但是直接换了核心机，其实本质上已经不能算太行的改型了。但是因为保留了太行的风扇和低压涡轮，所以叫太行改进型也不能完全算错。随后在珠海航展上展出的WS10B不叫太行改进型发动机，而叫做太行发展型发动机，应该就是因为以上原因。这三型发动机用的都是高推核心机，原来上高推核心机就是冲着WS15去的，所以前些年有些网友称最早的WS10B是WS15的早期型号也说得过去。

这里的WS15系列其实是两个型号的发动机

我们现在看有关WS15的资料时，经常发现会出现性能指标张冠李戴的情况，都跟这些难以理清的关系有关。如上图中，WS15有两个相差很大的性能指标，还称之为WS15系列，其实这里的两个参数指的是两台不同的发动机。不过在当时可能真的是把WS10C当成WS15去研制的。161.86KN指的应该是WS10C，推重比9.7。而181.37KN指的是现在真正的WS15，推重比10.87。

而WS15的技术改进可能重新研制了风扇和低压涡轮。原来太行发动机的风扇和低压涡轮就不用了，也就是说以后和太行发动机彻底无关了。所以型号名称也可以重新起一个新的编号了，那就是WS15。如果我们的猜测没有错的话，WS10B、WS10C这两个发动机的低压涡轮应该和太行发动机一样是两级的。这个可能要留到多年后才有可能证实了。到WS15这里低压涡轮可能就不是两级了。说到WS15的改进，前面高推核心机的性能已经被挖掘得差不多了。高推核心机原计划的最大推力是175KN，那么要提高到现在的181.37KN，还是要突破原来核心机的性能上限的。

高推核心机的原计划推力最大为175KN

我们知道高推核心机预先技术研究的起始时间是非常早的，最早可以追溯到上个世纪八十年代。根据当时我国材料科学的水平，能用到的单晶高温合金最多也就是第三代单晶合金的水平。高推核心机的涡轮前进气温度可能在1950K左右，和F119相当。前面WS10C已经把涡轮前进气温度的潜力用的差不多了，后面涡轮前进气温度提升空间不大。

这里还有个理论上的限制，因为镍基单晶高温合金的理论工作温度上限在1226摄氏度左右。而第五代单晶高温合金也只是能达到1150摄氏度左右，离理论上限已经很近了。我国第三代单晶高温合金的工作上限大致在1090摄氏度，也就是1363K左右。这个温度和1950K之间的差距要靠冷却技术解决。而我国只是在近些年才在冷却技术上取得比较大的技术进步，比如气膜冲击冷却、飞秒激光打冷却孔、双层壁冷却技术等等。所以在高推核心机研制的年代，涡轮前进气温度超过2000K的可能性不大。

涵道比和推力之间的关系

所以对WS15来说，要想进一步提高发动机推力，能采取的技术手段可能不是进一步提高涡轮前进气温度而是扩大涵道比。比如美弟普惠公司的F135发动机，就是在F119发动机基础上改进而来的，其涵道比已经从F119的0.3提高到了0.57。F135发动机就是F35的动力。加力推力可以达到19.52吨，虽然推力不小，但是因为涵道比比较大，而且F35的气动阻力比较大。所以F35并不具备超音速巡航能力，甚至开加力后的超音速飞行速度最高也只有1.6马赫，F35B甚至最多只能飞到1.4马赫。

歼20的双座型号有可能也会用WS15,但这已经不是制空型的战斗机了

正是因为以上原因，WS15发动机加力推力虽然大幅度提高到18.5吨，但是涵道比可能也不可避免地提高了。这个也可以从加力耗油率上看出来，因为F119和WS10C是对标的，F119的涵道比是0.3。但是F119的加力耗油率是2.4，WS15的加力耗油率是1.98，比F119好了很多。如果不提高涵道比，这样的性能提升是无法想象的。所以对于追求超音速机动能力的歼20来说，WS15已经不是最合适的了。最合适的可能仍是涵道比较小的WS10C发动机。通过提高涵道比对于提高加力推力是比较有效的，但这种手段对于提高中间状态推力帮助不大。因为提高中间状态推力主要靠修改核心机来实现，这个技术难度就立刻上升了一个档次。所以即使WS15用在歼20身上，对超音速机动性的提升也没有什么帮助，反倒会因为涵道比的扩大而影响高速性能和升限。

2051号原型机可能就是歼20完全版的样子

而且WS15增大之后的加力推力对于歼20来说可能还用不上，因为之前歼20在使用WS10C的最大飞行速度可能已经可以达到2.8马赫以上。推力加大速度再高，飞机蒙皮材料的工作温度都受不了了。如果要重新匹配WS15发动机，可能要重新修改歼20的气动外型，比如增大机翼面积，扩大弹舱之类，但这样弄出来的歼20改进型就会变成战斗轰炸机了。至于WS15发动机仍然可以用在歼20的后续改进型号上，比如双座型、战斗轰炸型等上面。但完全版的以制空为主要作战任务的歼20最终可能就是2051号原型机这样了。最后还有一点没有补齐的是矢量喷口，这个也补上了就是完全版的歼20了。