王者榮耀美國第四代軍用渦扇發(fā)動機的競爭與啟示

孫志勇

曾經(jīng)有這樣一個流傳已久的說法：航空工業(yè)是制造業(yè)皇冠上的明珠，以此類推，航空發(fā)動機則應(yīng)是航空工業(yè)這顆明珠上最為璀璨的部分。以武器平臺的角度來看，戰(zhàn)車發(fā)動機出問題了，可以由其他戰(zhàn)車或裝甲搶救車拖曳撤離戰(zhàn)場;艦船發(fā)動機出問題了，還有備用發(fā)動機可用;而一旦軍機發(fā)動機出問題了，多半就是機毀人亡的一等事故。因此，航空發(fā)動機的可靠性要求其實是最高的。

普惠公司占得先機

從上世紀70年代開始，以第四代戰(zhàn)斗機動力裝置為焦點，美國普惠公司和GE公司展開了一場雖不見硝煙、但依然讓人感覺驚心動魄的“第一次發(fā)動機大戰(zhàn)”。此后，兩大美國航空發(fā)動機巨頭又在第五代戰(zhàn)斗機動力裝置的采購上爆發(fā)了“第二次發(fā)動機大戰(zhàn)”。由于第六代戰(zhàn)斗機和第二代隱身戰(zhàn)略轟炸機已經(jīng)被美國軍方列入發(fā)展規(guī)劃，毫無疑問我們還將在未來看到兩家公司的“第三次發(fā)動機大戰(zhàn)”。而“第一次發(fā)動機大戰(zhàn)”之所以會發(fā)生，其核心就是可靠性問題。

在第四代戰(zhàn)斗機之前的第三代戰(zhàn)斗機時代，GE公司的J79和J85兩大系列渦噴發(fā)動機占有絕對的統(tǒng)治地位，成為美國空海軍戰(zhàn)斗機的核心動力裝置。尤其是J79系列所創(chuàng)造的輝煌，之后再沒有任何一種同類型發(fā)動機能夠超越。然而，光環(huán)背后的隱憂就在于GE公司過分倚重J79的后續(xù)發(fā)展，而沒有把重心及時轉(zhuǎn)到更為先進的加力渦扇發(fā)動機上來。結(jié)果，當(dāng)美國軍方為TF-X項目選擇第一代戰(zhàn)斗機用渦扇發(fā)動機時，GE公司匆匆推出的MF295不敵普惠公司此前在美國海軍資助下研發(fā)的TF30，失掉了搶占第四代戰(zhàn)斗機動力裝置先機的機會。雖然TF30在裝備F-111之后出現(xiàn)了不少問題，但是普惠公司已經(jīng)先入為主，并乘勝追擊，在F-15和 F-14戰(zhàn)斗機動力裝置競爭中再次擊敗GE公司。

拿下這筆大單后，普惠公司其實并不輕松。根據(jù)由美國空軍和海軍組成的發(fā)動機選型聯(lián)合管理委員會的要求，普惠公司不僅要為空軍的F-15研制F100發(fā)動機，還要為海軍的F-14研制F401發(fā)動機（替代性能有缺陷的TF30），兩者的核心機都采用該公司競標成功的JTF22。美國空軍和海軍與普惠公司在1970年3月正式簽訂發(fā)動機研制合同，此后的進度日程表為：1972年2月完成初步飛行狀態(tài)試驗和60小時持久試車試驗，1973年2月完成軍機取證試驗。

研發(fā)進度如此緊張，一方面是因為美國空軍不希望F100發(fā)動機拖了麥道公司F-15戰(zhàn)斗機的后腿，如果耽誤了時間節(jié)點，那么所有損失麥道公司是不負責(zé)的，全由美國空軍承擔(dān);另一方面，美國海軍當(dāng)時面對與強大的紅海軍對峙的壓力，而寄予厚望的F-14卻因為TF30發(fā)動機無法發(fā)揮全部性能，因此也急迫地想換裝新一代發(fā)動機。

但是，對于普惠公司來說，由于空軍和海軍對于發(fā)動機性能要求的側(cè)重點不同，雖然都采用相同的核心機，其實基本上等于同時研發(fā)兩種發(fā)動機。在這么短的時間內(nèi)完成兩種當(dāng)時最先進渦扇發(fā)動機的研制，不要說在上世紀70年代，就算是在當(dāng)今時代，也沒有任何一個公司能夠做到。于是，就像一條并不夠大的蛇非要吞掉一枚巨蛋一樣，普惠公司也開始不斷找一些“變通”的辦法。普惠公司首先要求推遲F401發(fā)動機的研制節(jié)點（F-14的采購數(shù)量畢竟沒有F-15多），繼而請求減少兩種發(fā)動機的部件試驗小時數(shù)。

之后，由于發(fā)動機采購經(jīng)費削減、F-14研發(fā)成本上升等諸多原因，美國海軍被迫取消了F401的研制計劃。美國空軍本以為這一來普惠公司會集中力量把F100發(fā)動機搞好，卻不想后者先打的是自己的小算盤，以采購數(shù)量減少、成本上漲為理由要求提高采購單價。美國空軍為了保證F-15的研發(fā)進度，只得忍氣吞聲，甚至連考核試驗都給了普惠公司多次重復(fù)進行的機會，最終在1973年10月勉強通過了150小時定型試驗和全部部件考核試驗。普惠公司對F100發(fā)動機在考核試驗中暴露出的風(fēng)扇葉片斷裂以及靜子摩擦起火等多方面的可靠性問題進行改進和補救，卻始終未能徹底解決問題。直到1974年11月F-15量產(chǎn)型交付美國空軍之時，F(xiàn)100的初始型號F100-PW-100（見題圖）依然是“百病纏身”。此時，美國空軍已經(jīng)是“騎虎難下”，以至于F-16為了保持與F-15的通用性，也選擇了F100家族的第二個型號——F100-PW-200。

F100系列發(fā)動機服役后，其最大的可靠性問題就是喘振和空中熄火停車，而且故障率越來越高。以至于當(dāng)時美國空軍F-15和F-16飛行員一見面交流的不是技戰(zhàn)術(shù)，而是如何操縱油門桿才能減少發(fā)動機熄火停車的概率。美國空軍從1974年開始每年都撥專款用于F100系列發(fā)動機可靠性的提升，但是其見效依然很慢。為了保證空中作戰(zhàn)機隊的戰(zhàn)斗力，美國空軍一方面硬著頭皮繼續(xù)采購F100系列發(fā)動機，一方面也開始動了研制替代型號的念頭。就這樣，美國空軍和普惠公司“友誼的小船說翻就翻了”，而把前者拉下水的正是在最初競爭中敗北的GE公司。

試車臺上的F101發(fā)動機

F110-GE-100渦扇發(fā)動機

GE公司后來居上

就在普惠公司被F100和F401發(fā)動機搞得焦頭爛額的時候，GE公司卻另辟蹊徑，拿下了B-1A戰(zhàn)略轟炸機發(fā)動機的訂單。GE公司以代號GE9的核心機為基礎(chǔ)，為B-1A研發(fā)了該公司第一種加力渦扇發(fā)動機——F101。由于美國空軍對B-1A的研發(fā)進度并不像F-15那么急迫，因此給了GE公司以充分的時間來走完前者在1969年制定的發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性大綱。在1977年卡特總統(tǒng)終止B-1A研發(fā)計劃時，F(xiàn)101-GE-100生產(chǎn)了46臺樣機，共完成超過12000小時的試驗小時數(shù)，其中包括400小時的空中試飛。

此后，盡管B-1A不再繼續(xù)發(fā)展，但是F101-GE-100還是利用這個現(xiàn)成的空中實驗平臺，完成了1895小時的飛行試驗。F101-GE-100的出現(xiàn)堪稱GE公司具有里程碑意義的事件，以此為起點，衍生出為B-1B配套研制的F101-GE-102和為B-2A配套研制的F118，其核心機部分則同時成就了當(dāng)今世界上最為著名的兩大噴氣式發(fā)動機家族——CFM56和F110。

GE公司在1977年B-1A下馬時，就萌生了利用其核心機研發(fā)一款戰(zhàn)斗機用加力渦扇發(fā)動機的念頭，并且及時與美國軍方進行溝通。1978年，GE公司以F101-GE-100核心機為基礎(chǔ)，結(jié)合F404的部分技術(shù)，向美國空軍和海軍推出了代號為F101X的加力渦扇發(fā)動機設(shè)計方案。次年，美國空軍與GE公司正式簽訂發(fā)動機研發(fā)合同，并賦予其F110的軍用編號。

GE公司還經(jīng)過不懈努力，說服美國海軍同意以F110替換F-14的TF30發(fā)動機?？梢哉f，當(dāng)初普惠公司承諾卻沒有做到的，如今GE公司都將實現(xiàn)。普惠公司得知這一消息后，在震驚之余連忙發(fā)動起在華盛頓特區(qū)“朋友圈”內(nèi)的一切人脈，試圖繼續(xù)將GE公司擋在門外。然而，美國軍方態(tài)度之堅決、理由之充分讓普惠公司無以辯駁，后者只能全力投入到F100的后續(xù)型號發(fā)展上，準備接GE公司的招。由此，普惠公司和GE公司的“發(fā)動機大戰(zhàn)”進入到最為白熱化的階段。

1981年3月，美國空軍F-16戰(zhàn)機換裝F110發(fā)動機首飛成功。4個月后，美國海軍F-14戰(zhàn)機也加入到“換心”的行列，其飛行性能與裝備TF30時相比有了質(zhì)的提升。與F100相比，F(xiàn)110不僅可靠性更為出色，主要技術(shù)性能也有大幅提高。美國空軍和海軍心里有了底，于是在1983年1月聯(lián)合與GE公司簽訂了研發(fā)合同。此后，美國空軍向普惠公司和GE公司發(fā)出正式合作建議征詢書，其中特別對新一代發(fā)動機的可靠性做出了非常具體而嚴格的要求。1984年2月，美國空軍做出決定，按照一定的比例同時采購普惠公司的F100-PW-220和GE公司的F110-GE-100。

F100-PW-220是普惠公司痛定思痛之后拿出的誠意之作，部分進行了重新設(shè)計，同時應(yīng)用了大量提高可靠性的新技術(shù)，并且完成了史無前例的4000個循環(huán)的加速任務(wù)試驗（等于平時使用9年）。因此，考慮到后勤保障的通用性和連續(xù)性，美國空軍依然大批量采購F100-PW-220及其后續(xù)發(fā)展型號。F110系列的優(yōu)勢則在于高可靠性、大推力和低成本。F110-GE-100的加力推力為124.6千牛，F(xiàn)100-PW-220僅為105.72千牛。

因此，F(xiàn)-16和F-15E的大部分后期型號多采用F110系列的F110-GE-129（加力推力129千牛）和F110-GE-132（加力推力142.95千牛），以便在起飛重量和飛行阻力不斷增加的情況下，盡可能保持原有的飛行性能。而就成本來說，F(xiàn)101、F110、F108和CFM56等不同類型的幾大系列發(fā)動機都采用相同技術(shù)源頭的核心機，這一點是F100無論如何也做不到的。

雙雄并立

從普惠公司一家獨大到GE公司搶食一杯羹，再到如今很多用戶點名要求采購的F-15和F-16戰(zhàn)機裝備F110發(fā)動機，這本身就是GE公司的勝利。更何況除了F110系列大推力渦扇發(fā)動機，GE公司還有享譽世界的F404/F414中推力渦扇發(fā)動機系列、T700渦軸發(fā)動機系列、LM2500燃氣輪機系列以及大型飛機裝備的CFM56和CF6系列大涵道比渦扇發(fā)動機系列。這一切使得GE公司贏得“第一次發(fā)動機大戰(zhàn)”的勝利更像是一場錦上添花的意外之喜。

因此，即便此后GE公司研制的YF120發(fā)動機敗于普惠公司的YF119，輸?shù)袅藶镕-22配套的“第二次發(fā)動機大戰(zhàn)”，甚至已經(jīng)規(guī)劃好的F-35備用發(fā)動機F136被美國軍方砍掉，也都沒有從根本上傷了他們的筋骨。因為GE公司發(fā)動機可靠性高、性價比好的印象已經(jīng)樹立在眾多客戶心里，更重要的是，他們還掌握著變循環(huán)發(fā)動機和自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機這兩項當(dāng)今世界最頂尖的噴氣式發(fā)動機技術(shù)，而且已經(jīng)接近實用階段。應(yīng)該說，美國第五代軍機“發(fā)動機大戰(zhàn)”勝利者的桂冠很可能會戴在GE公司的頭上，他們一直在為贏得未來而努力。

（編輯/一翔）

↑裝備在F-14D上的F110-GE-400發(fā)動機加力燃燒室特寫

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