鷹隼之心（上）

火心2000

細數最近30年世界航空工業的產品，無論從哪個角度論述都繞不開兩款具有劃時代意義的機型：美國的F-15“鷹”和F-16“隼”戰斗機。這兩款戰機自問世以來，幾乎參加了近30年來的所有戰爭。在濃濃烽火中，無論是“鷹”，還是“隼”都有上佳表現，甚至上演一邊倒的屠殺。當然，以現在的視角來回顧這兩款戰機能取得如此成就，雖有諸多必然和偶然的因素，但誰都不否認“鷹”“隼”戰機的先進。這兩款美式戰機以先進的火控系統、優秀的氣動布局、強悍的武器系統、領先的戰場支援系統直到今天依然成為明星戰機。在這里，筆者拋開其他一些因素，專門介紹“鷹”和“隼”強悍的基石，這就是他們的“心臟”——F110和F100發動機。

“艱辛”的先行者——普惠公司的F100系列發動機

3代大推的開山之作——TF30發動機

說到F100系列發動機，就不得不提起TF30發動機。在20世紀50年代，美國空軍提出了新一代戰斗轟炸機的研發計劃，主要用于夜間、復雜氣象條件下執行對地攻擊、遮斷和核攻擊任務，用以取代空軍現役的F-105戰機。同時，美國海軍也要求研制一種以艦隊防空和護航為主的戰術戰斗機。當時美國防部要求在裝備發展過程中減少機型以節約經費，最后決定在新發展成功的變后掠翼技術的基礎上，研制能同時滿足空、海軍要求的通用戰斗機F-111（綽號“土豚”）。雖然，F-111戰機分為空海軍兩種版本，但動力系統則被統一為一種發動機，以節省經費。

作為劃時代的F-111戰斗機轟炸機，技術相比2代戰機高的不止是一籌，對動力系統的要求當時也是水漲船高。針對軍方需求，美國航空發動機工業的兩大巨頭通用電氣公司（下文簡稱GE公司）、普拉特·惠特尼公司（普惠公司，下文簡稱PW公司）聞風而動，分頭組團參與競爭：通用動力公司、格魯門公司和PW公司組成一隊，波音公司與GE公司組成另一隊，進入最后的角逐。經過激烈的競爭，1962年底，前一組合贏得了開發合同，即后來的F-111戰斗轟炸機。其動力為PW公司的TF30渦扇發動機。這也就是美國航空工業發展史上有名的第一次發動機大戰。該發動機是PW公司早在1959年就開始研發的，該項目后被命名為TFX。

作為第一種裝備部隊的加力渦扇發動機，TF30發動機研發計劃步履艱難。安裝YTF30發動機的F-111戰機在1964年開始飛行試驗，試驗中相繼發生了壓氣機失速和高速狀態下致命的轉子斷裂等問題。雖然PW公司使出渾身解數，但問題始終沒能根除。1968年，海軍終于失去耐性，退出了F-111戰機項目。轉而開始自己的空優戰斗機計劃——即后來名氣比F-111戰機還要大的F-14“雄貓”戰斗機。和F-111一樣，F-14戰機初期也采用了TF30發動機作為主動力。TF30雖然一舉贏得空海軍“芳心”，但仍存在諸多嚴重的技術問題，讓空海軍大傷腦筋。在經過PW公司幾年不懈攻關后，TF30發動機總算達到了服役狀態。但研發過程中出現的技術問題（主要表現在發動機風扇與戰機進氣口匹配問題），讓空海軍對PW公司印象不佳，嚴重損害了以后的合作關系。

PW公司在第一次發動機大戰中，憑借TF30發動機堪堪擊敗GE公司的設計方案。但GE公司并未放棄，在冷眼旁觀PW公司獲得一個又一個訂單時，暗自發力，重振旗鼓，以圖東山再起。這也為后來美國戰機的第二次發動機大戰埋下伏筆。

TF30發動機雖有諸多亮點，但整體性能并未顯現出渦扇發動機較渦噴發動機壓倒性的優勢，美國軍方對此甚不滿意。根據當時的新一代戰斗機計劃（F-15、F-16）對發動機提出了更高的要求，即新發動機的推重比達到8。這比當時的諸如J79等現役發動機性能提升了近一倍，讓當時參與競標的PW公司和GE公司面臨著技術上的嚴峻挑戰和巨大研制困難，研制過程困難重重。也就是在這一時期，美國軍方認識到單憑企業自身力量已經不足以研制超前的高性能發動機。于是，由美國政府牽頭積極介入和支持新發動機的研發。

軍方的亂點鴛鴦譜雖得到一款性能優良的戰斗轟炸機，但空海軍都未得到自己最心儀的“姑娘”。為此，空軍和海軍分道揚鑣，各自啟動自己的戰斗機計劃。其中，空軍的項目代號F-X（后來誕生了 F-15戰斗機），海軍項目代號VFX（后來誕生了F-14戰斗機）。針對空海軍的要求，美國軍方敏銳的認識到既然不能在機型上統一，那么在動力系統方面的統一則完全可以推行。于是強制規定空海軍各自戰機的動力必須使用共同的核心機，以減少技術開發風險和降低采購經費，同時對后勤體系的簡化也有著巨大的優勢。在這一指導思想下，美國國防部提出了“通用標準核心機計劃”，以空軍為首，聯合海軍共同發起“先進渦輪發動機燃氣發生器計劃”（ATEGG）。PW公司和GE公司參與這一計劃的最后角逐。PW公司推出了JTF22核心機參加競爭；GE公司推出GE1/10核心機參與競爭。后來，在一次關鍵試驗中，GE1/10核心機發生風扇葉片斷裂事故，破壞了其在軍方心中的印象。經過一系列龍爭虎斗，PW公司的JTF22核心機笑到了最后，贏得了總額高達4.48億美元的研發合同，將以此為基礎為空海軍研制一種通用核心機。不過后來失敗的GE公司在GE1/10核心機的基礎上開發了GE9、F101核心機，在1969年擊敗了PW公司的JTF20驗證機，獲得了美國戰略轟炸機（AMSA，即B-1）配套動力的研發合同，可謂報了一箭之仇。

讓人感到滑稽的是 ，PW公司之所以能贏得這次勝利，不是因為JTF22設計方案比GE公司的設計方案更出色，而是軍方看中PW公司對發動機與進氣系統的協調問題有著更為深刻的理解——這些經驗中相當部分都來自于F-111和F-14戰機上問題不斷的TF30發動機。這也是筆者為何要說TF30發動機的原因。

按照協議，PW公司將分別為空海軍提供F100-PW-100和F401-PW-100發動機用于測試和評估。為了更好地具體協調研制事宜，空海軍還成立了專門的通用發動機項目協調辦公室。但好景不長，項目剛開始不久，海軍就撂挑子，認為“雄貓”已經茁壯成長，沒必要在通用發動機上花費巨資，繼而逐步削減F401的訂單。后來干脆在1971年6月退出該項目，繼續完善使用TF30發動機。海軍的半途而廢讓空軍甚是氣惱，但也只能背上海軍扔下的爛攤子。空軍為此多支付了1.7億美元的研發經費。但空軍認識到一款優秀發動機之于一型戰機的重要性，特別是當時麥克唐納·道格拉斯公司（后并入波音公司——編者注）的F-15戰機漸露真容。F-15戰機那種劃時代的性能讓空軍垂涎三尺。雖然海軍退出，但空軍開發先進核心機的決心沒變。在國防部的大力支持下，PW公司的F100發動機度過困難時期，成就了航空工業史上的一段傳奇。

早期的F100發動機動力強勁，性能優良，突破了當時的技術，特別是耐高溫材料領域的限制。F100發動機在1973年設計定型，其他同類型發動機及的研制工作都起步不久，是世界上第一種投入使用的推重比8的軍用渦扇發動機。由此可見PW公司實力之強悍。F100發動機采用了“兩高一低”循環參數，首次采用了單元體的結構設計，大量選用輕質高強度材料，配合先進的工藝流程加工制造。例如鈦合金用量就達到整機質量的25%以上，率先利用TN100粉末高溫合金制造大直徑渦輪盤等11個盤件類零部件，用PWA1422定向凝固高溫合金精密鑄造的渦輪葉片，表面噴涂PWA73熱障涂層，Haynes-188鈷基合金制造的短環火焰筒等。雖然整機級數略多（共17級），但發動機仍能保持較輕的重量。

由于空軍要求的開發進度過于緊張，預算相對不足，PW公司在處理不可避免的技術問題方面捉襟見肘，進度不斷拖延，經費不斷攀升。雖然技術人員傾盡全力，仍未能解決全部問題。如此狀態下匆忙投入使用的F100發動機在使用過程中問題不斷，讓名揚天下的F-15“鷹”式戰斗機憋屈成為“機庫皇后”“趴窩雞”。一代名機聲譽掃地，毫無后來F-15橫掃天下的那種“傲氣雄鷹”的風范。這些問題主要體現在發動機可靠性、耐久性方面。壓氣機接連發生滯止失速、渦輪超溫導致葉片燒蝕、高空接通加力困難等故障。這些故障不僅影響戰機出勤率，甚至會威脅到飛行安全，特別是單發的F-16戰機，一旦出事，后果不堪設想。

平心而論，PW公司在研制F100發動機的過程足以稱得上是“奇跡”。全尺寸發動機從研制到交付僅用了4年零8個月，在研制過程中創紀錄地投入了高達114臺樣機進行了各項地面和飛行試驗，總試驗時數大約為18000小時。40年前，PW公司就能在這么短時間里，設計和制造出這么多至今仍屬一流的發動機，可見實力之強大。

使用中，F100出現的種種問題使PW公司和F100發動機飽受批評。而對F100在使用中出現的問題，PW公司最初的態度讓空軍很不滿意。PW公司最開始把低壓壓氣機失速問題歸咎于“飛行員的粗暴操作和不良習慣”，表示“飛行員的粗暴操作和不良習慣”致使發動機工作狀態超出了F100發動機的設計考慮。所以，這個責任不能由PW公司承擔。美國空軍對這種推諉責任的說法十分不滿。美國空軍的一位負責人直言不諱地對PW公司的代表說：

“我們給你們這么多錢，讓你們做這個項目，做出這款發動機，是為了讓你們確保我們能夠干什么，而不是讓你們教導我們這個產品不能干這個，不能干那個！”

如此情形，PW公司依仗F100發動機是當時唯一的第3代發動機，對F100暴露的問題，從來都不是誠心實意地解決，而是想盡辦法推卸責任，實在不行就用一些應景的措施敷衍了事。最終逼得軍方和PW公司對簿公堂。但早先軍方一系列的錯誤決定經過條文合同規定下來，在美國一切爭議都以合同為依據的社會里，空軍只好打掉牙齒往肚里吞。但財大氣粗的軍方也利用各種影響力，只想咽下半個苦果。他們提出對壽命縮短的渦輪葉片、檢查與更換時間間隔縮短、發動機出勤率下降帶來的對備用發動機數量的增加、以及各個零件儲備與購買的成本上升問題由美國軍方和PW公司經過談判共同分攤。

說實話，能讓當時世界第一、且在現在以后很長一段時間里都是世界第一的美國空軍低頭認輸，是個十分了不起的成就。但PW公司卻不買賬，仍保持極為強硬的態度，堅持認為F100發動機出現的問題都是由軍方使用不當、都是空軍自己認識不清所以未能提前提出準確的技術要求所致，拒絕了心高氣傲的軍方分攤成本的提議。雖然美國軍方與PW公司進行多次談判商議，也無法達成共識讓PW公司分攤成本。由于發動機頻繁出現事故，F-15戰機大面積停飛，造成嚴重后果。在1978—1979年短短兩年里，出廠的F-15戰機甚至長期沒有安裝動力系統，成為名符其實的“空心戰鷹”。后來生產情況有所好轉，但發動機產量不足困擾了空軍相當長的時間。這種情況讓空軍苦不堪言，夸耀半天的主力戰機成為中看不中用的“機庫皇后”，這讓美國政府和國會側目而視，特別是額外增加的大量維護修理更換配件費用更使空軍處于無法向政府和國會交代的地步。

美國空軍的怒火終于達到了忍無可忍的爆發邊緣。最后雙方的官司打到了國會上。在那場聽證會上，雙方唇槍舌劍、你來我往，相互指責對方，一時間震動了美國國會。

此次聽證會后，針對F100發動機的情況，美國空軍知道光與PW公司扯皮下去根本無法讓PW公司改變這種不負責的態度。他們認識到大推力渦扇發動機只控制在一個不負責任、利用行業壟斷地位坐吃大戶的公司手上，是極其危險的。必須建立充分良性競爭體制來杜絕類似現象再次發生。于是，美國空軍立刻改弦更張，一方面給PW公司改進完善的機會，勉強繼續提供經費讓其修改解決問題，并嚴肅敦促PW公司認真解決；另一方面，在國會上強烈要求開展“戰斗機候補發動機”計劃。這個時期，美國海軍的F-14戰機的正選動力F100的海軍版F401也是問題不斷。海軍在扔了數億美元后，同樣無法得到可靠工作的發動機。最終美國海軍公開放棄F401發動機。同仇敵愾的美國空海軍迅速聯手起來，大力推動“戰斗機候補發動機”競標項目在國會通過。

1979年，美國空軍開始推行“戰斗機候補發動機”項目的競標計劃，大力扶持PW公司的強勁對手——美國的另一家航空發動機巨頭GE公司。GE公司本來在第3代發動機競爭中敗在PW公司手下，十分落魄窘困。但軍方無奈之下的選擇給了GE公司重返巔峰的機會。GE公司的強勢崛起逼迫PW公司開始正視自己在F100發動機上的不作為行為。隨著“戰斗機候補發動機”計劃的深度推進，PW公司一改過去的態度，全力推進F100發動機的技術攻關項目。

筆者花了這么多筆墨介紹當年的發動機大戰，是想告訴讀者無論哪個行業，競爭機制都是十分重要的促進因素。在當今競爭更為激烈的市場經濟時代，這種機制更是推動某一行業強者更強的唯一途徑。這對我國的航空工業發展有著十分重要的借鑒作用。

PW公司在GE公司的強有力挑戰下，立刻調動精銳力量對F100發動機進行卓有成效的改進完善。

F100發動機型號衍生計劃（EMDP）

服役初期，PW公司傲慢的態度讓其喪失了作為空軍第3代戰機發動機唯一供應商的優勢地位。在GE公司的F110發動機逼迫下，PW公司下決心提升F100的綜合性能，徹底根除可靠性、耐久性和維護性方面的問題。

其實早在F100發動機設計定型后不久，PW公司便展開了“部件性能改進計劃”（CIP）。該計劃針對型號服役后發生的問題，由PW公司和軍方聯合攻關，取得了一定的成效。幾年里通過改進材料，更換零部件，修訂維護程序，改善了發動機的維護性。比較突出的壓氣機滯延失速事故發生數量由每1000飛行小時11～12起（1976年）下降到了1.5起（1981年底）。與此同時，發動機的驗收工作、耐久性工作也展開。F100發動機的翻修壽命由原來的500小時延長到了750小時，并打算繼續延長到1000小時。但這些改進措施并不能徹底改變F100在可靠性、耐久性、可維護性和操作/適應性方面的根本問題，且PW公司在此前的不作為態度讓F100發動機這4項性能的提升更是相當的緩慢。

1978年，美國空軍決定實施“發動機型號衍生計劃”（EMDP），利用該計劃的研究成果對已定型的發動機進行大規模改造?？梢?，這個項目就是在技術研究與全尺寸發展之間搭建的一座“橋梁”；1979年，美國空軍推行“戰斗機候補發動機”，大大改善了PW公司以前的那種“皇帝女兒不愁嫁”的態度。PW公司十分積極地在1979年7月與軍方簽訂了F100發動機的衍生發動機研制合同。在EMDP支持下，PW公司研制了兩款新型號——F100-PW-200和F100EMD（PW1128）。前者成功挽回了F100系列發動機乃至PW公司的聲譽，成為新型戰機F-15和F-16的標準動力。而后者雖因種種原因并未裝備戰機，但作為EMD科研計劃，最終結晶為F100后續改進計劃提供了理想的發展平臺，直接促進了F100-PW-229（PW1129）項目的誕生。

F100EMD的研制工作前后經歷了3個階段：初始階段（1979—1981年）、推力提高型（1981—1983年）、性能改進型（1983—1985年）

第一階段：初始階段（1979—1981年）

在初始階段的前兩年里（1979年、 1980年），PW公司將F100的驗證機進行了約250小時的地面臺架試驗，其中包括50小時相當于300個累計循環（TAC）的加速任務試車（AMT），考核新部件的耐久性。在試車中，新部件并未發生耐久性故障。PW公司見耐久性方面優異，在首飛前的1980～1981年又舉行了高空模擬試驗。這個試驗是在美國著名的阿諾德工程發展中心（AEDC）的高空試驗艙內進行。試驗共進行了127小時。PW公司針對此次高空臺試“加力瞬變”（油門桿從慢車推到最大加力）試驗中出現的飛行包線某些區域內、加力燃燒室低頻嗡鳴（這是一種比較危險的伴隨燃燒室產生的中低頻聲學現象，可能導致燃燒室熄火）的油氣裕度小的情況，改用平行進氣方案，并改進火焰穩定器和隔熱襯筒，徹底解決了問題，使F100達到了20%的油氣裕度。

新機首飛安排在1981年的6月4日進行，試飛工作一直持續到1984年9月。試飛結果證明改進型的F100顯著提高了飛機的可操作性（Operability），大大優于原型機。證明改進工作是卓有成效的。

當然，F100可操作性的改善和發動機數字電子控制系統（DEEC）密不可分。因為，發動機的數控系統能迅速準確可靠地獲取有關飛機的發動機以及大氣條件等多項參數，并進行快速分析、處理等程序。DEEC能夠隨參數變化迅速選取最適合的調節規律，通過自動補償來保證最佳性能。

第二階段：推力提高型（1981—1983年）

基于EMD計劃的第一階段的成功，PW公司并未滿足。根據第一階段取得成果，第二階段以第一階段為基礎，提出了眾多的改進技術，要求新機型能滿足該發動機的安裝條件。發動機熱端部件檢修間隔不少于1800TAC。

這些技術主要有：

A、改進高壓壓氣機的氣動設計，擴大穩定工作的裕度，提高效率（0.5%）；

B、把機匣更換成鈦合金整體鑄造成型的中介機匣；

C、保持耐久性特性的前提下，提高熱端部件耐高溫能力，使用能承受更高出口溫度的火焰筒薄壁件；

D、首次采用單晶高溫合金精密鑄造渦輪葉片和導向葉片，讓渦輪進口溫度比基本型提高了37.7℃；

E、加力燃燒室的噴油環分成16個獨立的扇形段，由“先進燃油管理系統”（AFM）控制供油，取消F100-PW-100基本型上的“快速填充”系統；

F、換上全新設計的3級軸流式風扇，轉子葉片為寬弦葉形、電子束焊接的整體轉子。

由于大量新技術的采用，第二階段的F100發動機改進很大，試驗科目和試車時數均大幅度增加。其中整機試車就高達2200小時，但無論是地面試車還是飛行試驗，F100EMD都表現出出色的操作適用性能。這讓“機庫皇后”F-15戰機終于擁有了一顆強勁的“心臟”，其“傲氣雄鷹”的霸氣逐漸展露。

鑒于F100基本型的經驗教訓，美國空軍在20世紀70年代末提出大幅延長發動機使用壽命的要求。因此，F100EMD重新制定了耐久性目標——最具代表性的指標“核心機檢修間隔”從原來的180TAC提到了4000TAC，相當于2000小時或外場使用9年時間。

為了實現這個目標，PW公司工程師在1981年啟動了一個名為“壽命增長核心機”（ILC）的計劃。通過ILC計劃，PW公司在F100上運用了大量的新技術：如雙層氣膜冷卻通道滾壓成型、無煙的燃燒室；先進的PWA1480單晶鑄造渦輪葉片，葉片內部為多流路冷卻通道，應用激光打孔技術加工氣膜；按損傷容限原則設計的渦輪盤、輪盤模板與輪緣上都設有鉆孔和冷卻孔，提高部件的可靠性；3號軸承即高壓壓氣機前軸承使用了帶擠壓油膜的彈性支座。

這些新技術的應用，理論上提高了F100發動機的壽命和高可靠性能，但只有通過大量的嚴格測試后才能知道具體的實際情況。其中最具挑戰性的試驗項目當屬“加速任務試車”（ AMT）。AMT試驗與傳統試車試驗相比，試驗時數及苛刻程度成倍增加，能夠更好地模擬外場使用造成的壽命損傷。

1984年，ILC核心機首先進行AMT試驗，驗證提高渦輪進口溫度后的性能，試驗時長2000TAC。1985年，PW1128開始進行4000TAC的AMT和200小時的高空模擬試驗。

采用一系列新技術打造的PW1128核心機通過了AMT項目的嚴格考驗，證明F100發動機原型機上壽命短、可靠性差的致命傷終于被PW公司攻克。一款當時最先進的長壽命、高可靠性第3代航空發動機就此誕生。軍方遂給予了F100-PW-220編號。至此，PW公司利用F100-PW-220的成功才真正地贏得了美國空軍的“芳心”。

1982年，F100-PW-220全尺寸發展合同簽訂，1985年3月完成設計定型；1986年6月首批生產型F100-PW-220正式交付使用。F100-PW-220的主要研制目的是徹底解決F100-PW-100型發動機在可靠性和耐久性上的問題，甚至不惜犧牲性能也要確保這個目標的實現。這也為F100-PW-220型保留了較大的改進空間。最終F100-PW-220型的推力性能并未有提高，推重比甚至降到了7.4，但長期困擾F100發動機的滯止失速、葉片損壞、附件故障等問題得到了徹底解決。在F100-PW-220型的支持下，F-15“鷹”和F-16“隼”才第一次在世人面前亮出他那冷森森的“利爪”。雖然，F100-PW-220型最終抱得美人歸，但在美國海軍那里卻依然碰了一鼻子灰。美國海軍為他們那充滿傳奇色彩的“雄貓”選擇了GE公司的發動機，而不是PW公司的發動機。

F100-PW-220雖遭美國海軍拋棄，但隨著F-15戰機出口日本，贏得了日本人的訂單。日本人的訂單雖不多，卻也可稍稍安慰一下PW公司那顆失落的心。日本版F100-PW-220是由日本石川島播磨重工根據許可證生產制造的，日本編號F100-IHI-100/200E。1978年，PW公司向播磨重工提供生產技術支持。1981年，第一臺發動機組裝完成并交付，型號為F100-IHI-100，配裝空中自衛隊的F-15J戰機，以后這型發動機被升級為P100-IHI-220E。按照當初約定，日本雖然許可生產每臺發動機50%的零部件，核心部件仍由PW公司提供。后來，隨著日本科技實力的增強，自制能力逐漸提高，到1999年，交付的最后一臺“447號”發動機國產化率已經達到了78%。不過剩下的22%乃是F100發動機最精華部分，仍然控制在PW公司手中。

第三階段：性能改進型發動機（IPE）——F100-PW-229（PW1129）

為了扭轉F100-PW-100發動機的不佳表現，PW公司利用PW1128驗證機開發了F100-PW-220型，徹底打了翻身仗，重返戰斗機動力的巔峰。然而，PW公司自己前期多年的不負責作風給了GE公司可乘之機。而隨著F110系列發動機的逐漸成熟，嚴重威脅到PW公司的切身利益（GE公司搶走“雄貓之心”就是最好的例證）。為了應付老對手的挑戰，PW公司決定以F100-PW-220型為基礎，結合改進的PW1128部件以及預研技術來研制“性能改進型發動機”（IPE），公司編號PW1129驗證機。同時，美國空軍決定以F-15C/D為基礎，研制F-15E雙重任務戰斗機。而F-16也改進改型了新版F-16Block52戰斗機。這兩款新戰機的性能均有著大幅度的提高，需要性能更加優異的發動機。針對未來的訂單，PW公司和GE公司這兩個對頭都不約而同地繼續向新的高峰發起沖擊。

如此形勢下，PW公司自不甘落后，以F100-PW-220型為基礎，利用眾多新技術進行升級改型。

A、風扇與高壓壓氣機

新風扇是以F100-PW-220型風扇為基礎，結合EMD部件發展而來。風扇單元以鈦合金為主要材料制造；3級轉子采用電子束焊接工藝，并經精加工與表面噴丸處理成型；前兩級風扇葉片上設計阻尼凸肩以降低振動，提高抗外物沖擊能力；縮短了中介機匣支板的軸向長度以增加第三級靜子葉片（出口導葉）。

風扇采用小直徑的輪轂（降低輪轂比）以在進口直徑不變的前提下提高空氣流量，流量增加了8%。新設計風扇在寬廣的轉速范圍內具有較高的喘振裕度，可保證發動機在各瞬變過程中穩定工作。

高壓壓氣機原來采用在WP1128核心機上驗證過的9級軸流式，后來為了增加流量，又增加一級，壓比提高到8左右。為了消除F100原型機耐久性差的缺陷，各零部件經受了大量嚴格部件與整機的試驗（通過8000TAC試車考核），達到了很高的耐久性水平。

性能試驗中，壓氣機表現出色，從慢車到最大轉速范圍的失速裕度高達30%～32%，效率85%。輪盤分別用達到損傷容限要求的鈦合金和IN100粉末合金制造。

B、短環形、浮動壁主燃燒室

燃燒室的科技含量是最能體現科研實力的地方。PW公司在研發F100-PW-220型時就已經開始與軍方合作研制第4代航空發動機F119、F135，且已取得階段性成果。PW公司把應用到第4代發動機的燃燒室技術——浮動壁主燃燒室首次應用到大型軍用發動機上。由于運用了先進的擴壓器技術，火焰筒長度比F100-PW-220型更短。但分布系數、排放指標、再點火高度等關鍵性指標不但沒有降低，反而效率更好。浮動壁的冷卻效果好，燃燒室有更大的溫度裕度，所以性能上還有巨大的提升空間。

C、高負荷、跨聲速渦輪

在渦輪盤這個關鍵技術上，PW公司一點也不敢大意，沒有隨意改變渦輪級數，仍然是高低各兩級。不過為了提高推力，渦輪的工作溫度升高（渦輪進口溫度約1700K），負荷加大。在負荷加大的情況下，為了保證原有的高壽命性能，PW公司將渦輪的制造材料進行了升級，用第2代單晶高溫合金PWA1484制造葉片、新型損傷容限的IN100粉末合金制造葉盤。同時取消盤上的鉆孔和冷卻孔，消除產生的應力，保證發動機長壽命和低故障率的設計要求。

D、加力燃燒室和尾噴管

由于新機的壓比、溫度較F100-PW-220型提高不少，所以對燃燒室和噴管材料都采取了必要加強措施，改善冷卻效果，延長部件壽命。

E、功能加強型電子控制系統（IDEEC）

PW公司首開使用DEEC先河，是提高F100操作性的關鍵法寶之一。經過十余年的技術積累，其在DEEC上的造詣更深。當然在升級版的F100-PW-229型上的IDEEC也是采用升級版本，以提高發動機的操作性。升級版IDEEC的存儲量比原來的DEEC增加了一倍，處理速度提高了33%以上；使用MIL-STD-1553B數據總線，加快了數據傳輸速度。IDEEC不僅滿足F100-PW-229型的控制要求，還能適應發動機的持續增長，配合推力矢量技術的應用。后來，F-22戰機的電子控制系統就是由IDDEC改進而來。

與F100-PW-220型相比，這些新技術的采用讓F100-PW-229型在具有相同尺寸、結構及高可靠性與耐久性的同時，起飛加力推力增加了22%，飛行包線內的推力性能普遍提高20%～30%，增強操作運用性；加速時間（海平面狀況下，從慢車到最大加力）縮短到4秒左右；空氣流量增加（103.0千克/秒→112.4千克/秒），總增壓比增大（25→32）、渦輪進口溫度提高（+60℃），推力也得到了顯著的增加。由于外廓尺寸保持不變，單位迎面推力估算為72.4千牛/米2（不開加力）和118.6千牛/米2（加力）。

1989年，F100-PW-229型正式裝備部隊，截止到現在，F100-PW-229型已服役了20余年，隨著F-15、F-16戰機征戰在世界許多國家與地區。這一切的成功足以證明F100-PW-229發動機的設計之先進、PW公司技術實力之強悍。

F100發動機的終極改進型——F100-PW-229A、F100-PW-232及F100發動機的未來發展

20世紀80年代初，美國空海軍正式提出要求，開發用于取代F-15和F-14戰機的新一代戰斗機及相應的發動機。雖然海軍最后退出這個計劃，但空軍仍繼續推進自己的“先進戰斗機計劃”（ATF）。這一計劃的最終結果就是后來“獨孤求敗”多年的F-22“猛禽”戰斗機。作為鶴立雞群的第4代戰斗機的“心臟”，美國空軍提出的主要技術要求是：超聲速巡航（不開加力保持超聲速飛行）、低可探測性、推力矢量、短距起降、高可靠性和低價格。

按照美國航空工業“動力先行”的發展慣例，早在ATF計劃競標樣機之前，美國政府出資支持了一系列飛機部件演示和概念研發項目。這些項目中有海軍領導的“先進發動機研究計劃”（ATES）和飛機推進分系統綜合計劃。其中后者包含一個“聯合技術演示發動機計劃”（JTDE）。PW公司和GE公司都參與了ATES和JTDE計劃，驗證了一系列先進發動機技術。PW公司開始關注對轉雙轉子計劃，GE公司則驗證了包括變循環發動機技術在內的一系列方案。

在ATES研究之后，美國又進行了“戰術系統推進評估”研究計劃。這項研究中發動機研制方和飛機研制方被配成組，進行進一步的計劃研究。這一階段GE公司決定利用變循環發動機概念；而PW公司則決定采用對轉雙轉子低涵道比渦扇發動機。1983年9月，美國分別與PW公司 和GE公司簽署了協議，開發一臺地面測試用樣機，樣機推力需達30000磅力（約133.4千牛），采用二元矢量噴管，使對應的戰機方案具備超聲速巡航能力。此后，美國政府對性能指標又做了幾次調整，飛機研制方也對發動機施加了重大影響。1985年，美國空軍進一步壓低了單價，對發動機提出了更為嚴苛的低可探測性要求。1986年，空軍提出發動機廠商必須在最終選定承包商開始工程制定開發之前對演示樣機進行飛行測試。1987年，PW公司和GE公司結合整機設計情況，又把性能指標提高到了35000磅力（約155.7千牛），以適應戰機的要求。然后，兩家公司進入各自的技術攻關階段。在這最后的決戰中，GE公司堅持高技術、高風險的方案，決心在飛行測試中展示更突出的性能，希望能打動空軍，最終勝出。而PW公司則穩打穩扎，采用成熟但整體性能遜于GE公司方案。

1991年4月，經過多輪的測試后，空軍宣布選擇洛克希德團隊和PW公司發動機團隊勝出。這就是后來第一款第4代發動機——F119-PW-100，于1997年完成首飛。之后，PW公司 團隊乘勝追擊，以F119發動機為基礎，對噴口、風扇、控制系統及其他部件進行適應性調整和改動以適應JSF項目（后來的F-35戰機）的需要，產生了F135發動機，成為該項目的動力方案。

至此，PW公司在包攬大部分F-15、F-16戰機動力系統的同時，又一次壟斷了新一代戰機的動力系統，也對美國空軍戰機的動力系統再一次形成了絕對的壟斷。這種重現20年前近乎壟斷的局面，引起了美國政府的巨大擔憂。當年PW公司近乎無賴的做法讓美國空軍顏面掃地，對這種教訓是記憶猶新。因此，美國許多官員提出在發動機研發采購中應引進更多的競爭，并應該繼續支持失敗的GE公司，對PW公司進行施壓。直到今天，美國政府都未放棄連吃兩次敗仗的GE公司，反而一直通過于1988年啟動的“綜合高性能渦輪發動機計劃”（IHPTET），傾以巨資，或明或暗地扶持GE公司。IHPTET計劃將現役的軍用渦扇發動機的推重比提高近一倍，將生產和維護成本降低35%。同時，也從另一角度扶持GE公司，在航空工業中與PW公司形成良性競爭的局面。

筆者花了這么多篇幅介紹美國在發動機研發的細節，是想通過美國的先進經驗對我國的航空發動機工業的研究起到借鑒作用。當美國啟動第4代發動機計劃時，我國卻因引進“斯貝”發動機，放棄了基本成熟的WS-6發動機。同時，美國的良好競爭體制，是市場經濟下各個行業走向強大的保證。當然，這一切的競爭必須掌控在政府的先期戰略規劃中。這一點很值得我們參考。

PW公司又一次贏得“發動機大戰”的同時，并未放棄對現役發動機的升級改進計劃。特別是利用第4代發動機計劃改進現役發動機更被提上了重點工作日程。F100-PW-229A型正是這種背景下的產物。F100-PW-229A型利用F119的風扇設計技術，將風扇直徑增大25毫米，空氣流量增加到125千克/秒，并提高了絕熱效率和抗損傷能力（風扇經受住了1.14千克的鳥撞試驗，發動機仍能正常工作，推力也沒有下降）。因風扇效率提高，可以在維持與F100-PW-229相同推力情況下，降低渦輪進口溫度（50℃），熱端部件檢修間隔從4300TAC延長到了6300TAC。第一級風扇葉片為低展弦比空心葉片，后兩級采用整體葉盤（Integrally Bladed Rotors，IBR）結構，減少了零件數目。進氣機匣采用整體鑄造帶固定支板結構。此一項技術就減少了300多個零部件，一定程度上抵消了因采用增強結構使部件重量增加68千克的影響。同時，具有良好失速裕度的新風扇也取消了傳統的進口可調導葉，簡化了維護，提高了可靠性。

1991年10月，首臺F100-PW-229A發動機樣機開始試車。1992年3月，在性能試驗中，推力達到了165.1千牛（這一結果是在模擬飛行高度10970米、馬赫數2.3的條件下取得的）。在地面試驗中，也驗證了F100-PW-229A型具有極佳性能（151千牛以上的推力增長潛力；油門可進行無約束操作；推力瞬變比同代最好的發動機快50%，從慢車到最大加力只需2秒；先進的氣動設計使壓氣機喘振裕度增加；燃燒室無可見煙，并減少了紅外特征；自動診斷和自身調整功能）。此外，新機在450小時試驗中，證明了所有結構和性能要求均符合要求，一款性能更加優異的發動機就此誕生。

PW公司本打算將F100-PW-229A型投放市場，繼續為公司博得更多利益，特別是當時阿聯酋訂購的F-16E/F戰機，PW公司更是勢在必得。但因眾多原因，GE公司虎口奪食，搶走了這塊到嘴的肥肉！為此，PW公司又把目光瞄準了美軍大量現役的F-15、F-16戰機，希望軍方有換發的計劃。然而，由于冷戰的結束，大量本來就已經領先的F-15和F-16戰機換發計劃也就不是那么迫切了。所以，F100-PW-229A型的裝備前景就顯得十分的“黯淡”！

然而，PW公司并不死心。在21世紀初，PW公司在其網站上公布了一款新型發動機——F100-PW-232。從PW公司發動機以往的慣例可知，該機的推力應達到142KN。F100-PW-232型同樣大量應用F119發動機的技術，增大直徑、提高流量，涵道比降到0.34，而整機質量提高到1859千克。核心機的主要部件經過改進增強，提高耐久性和可靠性；加力燃燒室采用先進的旋流式設計；尾噴管可有多種選擇方案，包括F119發動機的矢量噴管；IDDEC又重新進行了優化設計。一句話，F100-PW-232型發動機是PW公司僅次于F119和F135發動機的第三號頂級發動機。但就算F100-PW-232型“功力再強”仍然未能引起美國軍方的注意，也未能贏得任何國外的訂單。不久F100-PW-232型項目就消失在歷史檔案中了。

截止到目前，美國軍方已經將發動機研發計劃傾向于第4代發動機的深度發展上，并展望未來新一代發動機。對現役型號發動機的重點工作轉變為延長服役周期，降低全壽命成本，不會輕易采用新型的F100發動機系列。因此，PW公司要想繼續挖掘F100這個“老兵”的潛能，只能等到獲得訂單后才能啟動。PW公司在美國實施的幾項國家級的科研計劃IRPTET、VAATE中都有斬獲，其實力可說是深不可測，只要給他一個舞臺，絕對會再次震撼世界。PW公司開發的這臺劃時代的第3代航空發動機F100，讓筆者不禁想起了美國著名的五星上將麥克阿瑟說的那句名言：老兵永遠不死，只是逐漸凋零?。ㄎ赐甏m）