邓涛
新一代的“20系列”中，运-20受到的关注并不亚于歼-20。原因在于和美俄相比，中国空军的远程空中投送能力一直不足。运-20的列装让中国空军迈入了“战略空军”门槛，具有跨时代意义。当然，遗憾还是有的，那就是动力问题。引进的俄制D-30KP-2不但存在供应渠道被“卡脖子”的隐忧，性能上也不尽如人意。正是这种情况下，任何有关运-20“换发”的消息，都会成为关注的焦点。
“换发”的明确意指
通常意义上，运-20的换发有两层意思。一是对现有俄制D-30KP-2发动机的国产化替代；二是在性能上要上一个台阶，两者在逻辑上是递进的。完成国产化替代，意味着大运的关键系统从此不再有被“卡脖子”的危险。但简单地国产化替代，不能完全解决问题。毕竟D-30KP-2设计于上世纪70年代初，按照今天的标准来衡量，已经落后。要知道，以D-30KP-2为动力的伊尔-76MD距今已有近40年的历史。运-20的量产则始于2015年之后，两架飞机相差有30多年的时间。显然，运-20选择D-30KP-2作为动力，更是一种无奈，是基于国家战略需求考量，保障首飞和量产得以顺利推进的迫不得以。事实上，这几十年中国在设计技术材料、工艺以及调节器上均有较大的进步。这些技术进步用于现代化高性能重型军用运输机动力的涡扇发动机，无论是推进效率、机械可靠性还是可维护性都大为提高。当然，国产的涡扇-18未必是对俄制D-30KP-2发动机原封不动的复制，可以利用材料、工艺方面的技术进步“压榨”出一些额外的性能。但基础设计决定了这些技术改进的效果是有限的。所以一般认为，配型涡扇-18发动机的运-20仍然不会达到其理论设计的性能水平。人们对于这种所谓的“换发”，意兴索然。真正感兴趣的，是在设计上推倒重来、性能实现重大提升的新一代涡扇发动机。
“粗细”的奥妙
人们总是很关心运-20发动机短舱“粗细”的变化，或者说以发动机短舱“粗细”的变化与否，作为运-20是否换发的判断依据。现代化远程重型军用运输机动力，由小涵道比逐渐向大涵道比涡扇发动机发展。涵道比是涡扇发动机外涵道和内涵道的空气流量之比，又称流量比。它对发动机耗油率和推重比有很大影响。D-30KP-2实际上是一种中等涵道比涡扇发动机，涵道比只有2.42。由于涵道比较低，风扇直径较小，为了保证必要的总压比，需要增加压气机级数。但这既增加了发动机内部空气流场的复杂程度，也增加了发动机的重量和复杂程度。考虑到时代因素，40多年后的今天，在一系列技术进步支撑下，大涵道比涡扇发动机具备更大的优势。对于远程重型运输机来讲，理想化的动力应在巡航状态具有较低的燃油消耗，在起飞状态具有较大的推力。根据“附加质量原理”，在核心机不变的条件下，涵道比越大，涡扇发动机的推力越大。同时，涵道比越大，喷管的排气速度越低，推进效率越高，巡航耗油率也就越低。也正因为如此，运-20发动机短舱直径的变化，的确可以作为是否换装了大涵道比涡扇发动机的依据。
需要澄清的几个误区
用较“粗”的大直径高涵道比涡扇发动机，来替换掉较“细”的中等涵道比涡扇发动机，这是实现运-20性能跃升的必由之路。但也有需要澄清的一些误区。比如运-20换发后，人们通常将注意力主要集中在增加的推力上。这种关注当然可以理解，也符合公众的普遍认知。毕竟PS- 90A-76的推力，就从D-30KP-2的 12.5吨增加到了14.5吨，这样的提升已经较为可观。不过，仅仅将伊尔-476性能跃进，归结于高涵道比涡扇发动机推力的增加，这样的认知又是片面的。一方面，虽然大直径高涵道比涡扇发动机推力增加了，但涵道比增大也带来了一系列不利因素和限制。比如短舱直径增加，装机外部阻力相应增大，安装损失增加。涵道比增大到一定程度后，发动机短舱增加的阻力也会抵消掉发动机一部分增加的推力。而且涵道比增大后，受风扇叶尖速度的限制，低压转速降低，导致低压轴、增压级和低压涡轮设计难度增大，必要时还需增加低压涡轮级数，重量增加较大。所以虽然推力增加了，但发动机推重比的提升却未必很大。这就是说，高涵道比涡扇发动机所实现的增推并不是“免费”的，要以相应的“付出”为代价。事实上，发动机推力的大小，是按飞机要求而定的。
另一方面，高涵道比涡扇发动机燃油经济性改善所带来的影响被人们简单化了。“省油”不仅仅只是“省了油”。业内对于发动机的燃油经济性有一个衡量指标，那就是发动机产生1千克推力维持1小时所消耗的燃油重量，单位一般是千克／千克力·小时。用这个单位衡量，D-30KP-2的燃油经济性为0.715，涡扇-18比这个略好。运-20未来的发动机普遍认为会比D-30KP-2/涡扇-18有显著提升，至少达到PS-90A-76发动机0.595这样一个水平，甚至有望接近著名的商用发动机CFM-56的水平，而后者的燃油经济性是0.57。
如果说只注意推力的提升，却忽略燃油经济性的因素，是人们对运-20换发高涵道比涡扇发动机在认识上的一个误区，那么运-20换发与国产大型客机动力国产化替代的关系则是另一个。十几年前我国以十五年为期精心遴选了16个重大科技专项工程，其中200吨级的大飞机专项投资规模之大、覆盖面之广、参研单位数量之多都刷新了国内纪录。作为大飞机专项的成果，运-20“大运”是一个，以 C919为代表的民用大飞机则是另一个。与运-20最初的情况类似，C919同样是依靠进口发动机实现的首飞——CFM的LEAP-X1C。面对即将开始的低速量产，C919也要继续使用LEAP-X1C才能推动生产线的初始运转。LEAP-XlC当然是一台出色的高涵道比大推力商用飞机发动机。但发动机作为C919最为核心的系统，选择了LEAP-X1C也就意味着整个项目的“命门”被掌握在了别人的手中。所以国产化替代势在必行。从某种程度上来说，将运-20换发的部分技术成果用于C919项目是可行的。比如两者可以共享核心机——CFM56发动机就是基于军用F101发动机核心机技术基础而研制的。
燃油经济性是商用客机和军用远程重型运输机动力都很注重的指标。要获得低油耗，运-20换装发动机需要在涡轮前温度的提高上下功夫，为此要开发一系列高温材料并采用先进的冷却技术。另外，要大幅改善燃油经济性，全权限数字式发动机控制系统(FADEC)之于运-20换装发动机也是必须的。FADEC通过传感器采集发动机工作状态，利用微处理器来控制发动机运行。这种技术不但能减少飞行机组的工作负担，能更有效地将发动机排温和机械操作保持在限制范围内，而且能使发动机达到最好的性能和最经济的油耗。不过，虽然上述技术成果惠及C919（也包括更大的C929）是可能的，但倘若因此认为运-20换装发动机能够被直接用于民用大飞机却是错误的。军、民用大涵道比涡扇发动机技术的确具有较强的通用性，可由于使用环境和侧重不同，仍有一些各自特有的技术特点。比如商用飞机高涵道比涡扇发动机在噪声控制、多燃料使用、污染控制等方面的要求更为严格，为此需要在风扇/增压级低噪声设计技术、排气系统噪声预测及降噪技术、低排放、长寿命燃烧室设计技术、低排放燃烧室组织燃烧技术等领域获得突破，但这些技术却并非军用飞机高涵道比涡扇发动机的关注焦点。
换发的意义
换发之于运-20的意义，大体来说要点有三：
一是真正意义上解决了大运关键系统的国产化替代问题，从此不再有被“卡脖子”的可能。毕竟中国的安全环境十分复杂，对军用发动机这个“心脏”需求很高是自然的，患有“心脏病”则是危险的。运-20换发成功，则说明“心脏病”不是绝症，不仅可以治好，而且可以成为强健体魄的起点——以国防投入力度的规模和可持续性为前提，构建起高性能高涵道比涡扇发动机“研发—制造—使用—升级—下一代研发”的正向良性循环。
二是运-20换发后，将达到其理论设计的性能水平。运-20本身在机体设计上拥有后发优势。比如超临界机翼就是与C-17同一级别的高水平设计，领先伊尔-76／476将近20年。运-20的机体设计和材料工艺甚至在某种程度上还要优于C-17。比如根据公开资料进行计算，运-20空重与最大起飞重量之比低于C-17，最大载重量与最大起飞重量之比则略高于C-17，两个指标上都意味着运-20的结构和材料水平略高于C-17，可以用较轻的机体承载更重的载荷。从这个角度来讲，换发后的运-20实现与C-17“对标”的设计意图是可能的。
三是换发后的运-20，将成为更具潜力的军用飞机衍生发展平台。长期以来，始终有观点认为大型民航机是作为非作战军用特种飞机改装的有效途径。比如美国就用波音707、737、767等作为预警机、反潜巡逻机、电子战飞机、加油机等平台。以民用飞机作为平台，油耗低、机体技术成熟、载员工作环境好，在实战中取得了良好的效果，但这是在对手没有能力破坏美国空军基地的情况下取得的。大型民航客机要求跑道长、平整，要求有相当的地面支援设施。高烈度战争环境下，这些设施是否能够保证完备是很成问题的。从这个角度来讲，重型军用运输机对简易机场和简陋的地面保障设施比较适应，在不能保证战时大型永备机场可用性的情况下显得特别重要。同时，特种用途的重型军用飞机日益要求配备电子对抗系统，导弹来袭告警、箔条、闪光弹等对抗敌地空导弹和空空导弹的设备。作为军用运输机，运-20本来就有这样的要求，在机体设计时预留了安装这些设备、管线的冗度，要加强这方面的能力比较容易、自然。换发后的运-20，由于在航程、载荷、起降、耐久性、可维护性等方面的提升显著，具备更为出色的飞行能力和可用性，其多用途衍生发展的价值自然也就更高。（据《航空知识》）
