王者榮耀美國(guó)第四代軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)與啟示

孫志勇

曾經(jīng)有這樣一個(gè)流傳已久的說(shuō)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(dòng)機(jī)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(tái)的角度來(lái)看，戰(zhàn)車發(fā)動(dòng)機(jī)出問(wèn)題了，可以由其他戰(zhàn)車或裝甲搶救車拖曳撤離戰(zhàn)場(chǎng);艦船發(fā)動(dòng)機(jī)出問(wèn)題了，還有備用發(fā)動(dòng)機(jī)可用;而一旦軍機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)出問(wèn)題了，多半就是機(jī)毀人亡的一等事故。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性要求其實(shí)是最高的。

普惠公司占得先機(jī)

從上世紀(jì)70年代開始，以第四代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力裝置為焦點(diǎn)，美國(guó)普惠公司和GE公司展開了一場(chǎng)雖不見硝煙、但依然讓人感覺(jué)驚心動(dòng)魄的“第一次發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)”。此后，兩大美國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭又在第五代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力裝置的采購(gòu)上爆發(fā)了“第二次發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)”。由于第六代戰(zhàn)斗機(jī)和第二代隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)已經(jīng)被美國(guó)軍方列入發(fā)展規(guī)劃，毫無(wú)疑問(wèn)我們還將在未來(lái)看到兩家公司的“第三次發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)”。而“第一次發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)”之所以會(huì)發(fā)生，其核心就是可靠性問(wèn)題。

在第四代戰(zhàn)斗機(jī)之前的第三代戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)代，GE公司的J79和J85兩大系列渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)占有絕對(duì)的統(tǒng)治地位，成為美國(guó)空海軍戰(zhàn)斗機(jī)的核心動(dòng)力裝置。尤其是J79系列所創(chuàng)造的輝煌，之后再?zèng)]有任何一種同類型發(fā)動(dòng)機(jī)能夠超越。然而，光環(huán)背后的隱憂就在于GE公司過(guò)分倚重J79的后續(xù)發(fā)展，而沒(méi)有把重心及時(shí)轉(zhuǎn)到更為先進(jìn)的加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上來(lái)。結(jié)果，當(dāng)美國(guó)軍方為TF-X項(xiàng)目選擇第一代戰(zhàn)斗機(jī)用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，GE公司匆匆推出的MF295不敵普惠公司此前在美國(guó)海軍資助下研發(fā)的TF30，失掉了搶占第四代戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力裝置先機(jī)的機(jī)會(huì)。雖然TF30在裝備F-111之后出現(xiàn)了不少問(wèn)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(jī)動(dòng)力裝置競(jìng)爭(zhēng)中再次擊敗GE公司。

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

研發(fā)進(jìn)度如此緊張，一方面是因?yàn)槊绹?guó)空軍不希望F100發(fā)動(dòng)機(jī)拖了麥道公司F-15戰(zhàn)斗機(jī)的后腿，如果耽誤了時(shí)間節(jié)點(diǎn)，那么所有損失麥道公司是不負(fù)責(zé)的，全由美國(guó)空軍承擔(dān);另一方面，美國(guó)海軍當(dāng)時(shí)面對(duì)與強(qiáng)大的紅海軍對(duì)峙的壓力，而寄予厚望的F-14卻因?yàn)門F30發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法發(fā)揮全部性能，因此也急迫地想換裝新一代發(fā)動(dòng)機(jī)。

但是，對(duì)于普惠公司來(lái)說(shuō)，由于空軍和海軍對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的側(cè)重點(diǎn)不同，雖然都采用相同的核心機(jī)，其實(shí)基本上等于同時(shí)研發(fā)兩種發(fā)動(dòng)機(jī)。在這么短的時(shí)間內(nèi)完成兩種當(dāng)時(shí)最先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，不要說(shuō)在上世紀(jì)70年代，就算是在當(dāng)今時(shí)代，也沒(méi)有任何一個(gè)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(dòng)機(jī)的研制節(jié)點(diǎn)（F-14的采購(gòu)數(shù)量畢竟沒(méi)有F-15多），繼而請(qǐng)求減少兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的部件試驗(yàn)小時(shí)數(shù)。

之后，由于發(fā)動(dòng)機(jī)采購(gòu)經(jīng)費(fèi)削減、F-14研發(fā)成本上升等諸多原因，美國(guó)海軍被迫取消了F401的研制計(jì)劃。美國(guó)空軍本以為這一來(lái)普惠公司會(huì)集中力量把F100發(fā)動(dòng)機(jī)搞好，卻不想后者先打的是自己的小算盤，以采購(gòu)數(shù)量減少、成本上漲為理由要求提高采購(gòu)單價(jià)。美國(guó)空軍為了保證F-15的研發(fā)進(jìn)度，只得忍氣吞聲，甚至連考核試驗(yàn)都給了普惠公司多次重復(fù)進(jìn)行的機(jī)會(huì)，最終在1973年10月勉強(qiáng)通過(guò)了150小時(shí)定型試驗(yàn)和全部部件考核試驗(yàn)。普惠公司對(duì)F100發(fā)動(dòng)機(jī)在考核試驗(yàn)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(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)救，卻始終未能徹底解決問(wèn)題。直到1974年11月F-15量產(chǎn)型交付美國(guó)空軍之時(shí)，F(xiàn)100的初始型號(hào)F100-PW-100（見題圖）依然是“百病纏身”。此時(shí)，美國(guó)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(gè)型號(hào)——F100-PW-200。

F100系列發(fā)動(dòng)機(jī)服役后，其最大的可靠性問(wèn)題就是喘振和空中熄火停車，而且故障率越來(lái)越高。以至于當(dāng)時(shí)美國(guó)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(dòng)機(jī)熄火停車的概率。美國(guó)空軍從1974年開始每年都撥專款用于F100系列發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)隊(duì)的戰(zhàn)斗力，美國(guó)空軍一方面硬著頭皮繼續(xù)采購(gòu)F100系列發(fā)動(dòng)機(jī)，一方面也開始動(dòng)了研制替代型號(hào)的念頭。就這樣，美國(guó)空軍和普惠公司“友誼的小船說(shuō)翻就翻了”，而把前者拉下水的正是在最初競(jìng)爭(zhēng)中敗北的GE公司。

試車臺(tái)上的F101發(fā)動(dòng)機(jī)

F110-GE-100渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

GE公司后來(lái)居上

就在普惠公司被F100和F401發(fā)動(dòng)機(jī)搞得焦頭爛額的時(shí)候，GE公司卻另辟蹊徑，拿下了B-1A戰(zhàn)略轟炸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的訂單。GE公司以代號(hào)GE9的核心機(jī)為基礎(chǔ)，為B-1A研發(fā)了該公司第一種加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)——F101。由于美國(guó)空軍對(duì)B-1A的研發(fā)進(jìn)度并不像F-15那么急迫，因此給了GE公司以充分的時(shí)間來(lái)走完前者在1969年制定的發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)劃時(shí)，F(xiàn)101-GE-100生產(chǎn)了46臺(tái)樣機(jī)，共完成超過(guò)12000小時(shí)的試驗(yàn)小時(shí)數(shù)，其中包括400小時(shí)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(gè)現(xiàn)成的空中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成了1895小時(shí)的飛行試驗(yàn)。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(diǎn)，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(jī)部分則同時(shí)成就了當(dāng)今世界上最為著名的兩大噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)家族——CFM56和F110。

GE公司在1977年B-1A下馬時(shí)，就萌生了利用其核心機(jī)研發(fā)一款戰(zhàn)斗機(jī)用加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的念頭，并且及時(shí)與美國(guó)軍方進(jìn)行溝通。1978年，GE公司以F101-GE-100核心機(jī)為基礎(chǔ)，結(jié)合F404的部分技術(shù)，向美國(guó)空軍和海軍推出了代號(hào)為F101X的加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案。次年，美國(guó)空軍與GE公司正式簽訂發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)合同，并賦予其F110的軍用編號(hào)。

GE公司還經(jīng)過(guò)不懈努力，說(shuō)服美國(guó)海軍同意以F110替換F-14的TF30發(fā)動(dòng)機(jī)。可以說(shuō)，當(dāng)初普惠公司承諾卻沒(méi)有做到的，如今GE公司都將實(shí)現(xiàn)。普惠公司得知這一消息后，在震驚之余連忙發(fā)動(dòng)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(guó)軍方態(tài)度之堅(jiān)決、理由之充分讓普惠公司無(wú)以辯駁，后者只能全力投入到F100的后續(xù)型號(hào)發(fā)展上，準(zhǔn)備接GE公司的招。由此，普惠公司和GE公司的“發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)”進(jìn)入到最為白熱化的階段。

1981年3月，美國(guó)空軍F-16戰(zhàn)機(jī)換裝F110發(fā)動(dòng)機(jī)首飛成功。4個(gè)月后，美國(guó)海軍F-14戰(zhàn)機(jī)也加入到“換心”的行列，其飛行性能與裝備TF30時(shí)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(guó)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(guó)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(duì)新一代發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性做出了非常具體而嚴(yán)格的要求。1984年2月，美國(guó)空軍做出決定，按照一定的比例同時(shí)采購(gòu)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(chéng)意之作，部分進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)用了大量提高可靠性的新技術(shù)，并且完成了史無(wú)前例的4000個(gè)循環(huán)的加速任務(wù)試驗(yàn)（等于平時(shí)使用9年）。因此，考慮到后勤保障的通用性和連續(xù)性，美國(guó)空軍依然大批量采購(gòu)F100-PW-220及其后續(xù)發(fā)展型號(hào)。F110系列的優(yōu)勢(shì)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(hào)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(lái)說(shuō)，F(xiàn)101、F110、F108和CFM56等不同類型的幾大系列發(fā)動(dòng)機(jī)都采用相同技術(shù)源頭的核心機(jī)，這一點(diǎn)是F100無(wú)論如何也做不到的。

雙雄并立

從普惠公司一家獨(dú)大到GE公司搶食一杯羹，再到如今很多用戶點(diǎn)名要求采購(gòu)的F-15和F-16戰(zhàn)機(jī)裝備F110發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)，GE公司還有享譽(yù)世界的F404/F414中推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)系列、T700渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)系列、LM2500燃?xì)廨啓C(jī)系列以及大型飛機(jī)裝備的CFM56和CF6系列大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)系列。這一切使得GE公司贏得“第一次發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)”的勝利更像是一場(chǎng)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(dòng)機(jī)敗于普惠公司的YF119，輸?shù)袅藶镕-22配套的“第二次發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)”，甚至已經(jīng)規(guī)劃好的F-35備用發(fā)動(dòng)機(jī)F136被美國(guó)軍方砍掉，也都沒(méi)有從根本上傷了他們的筋骨。因?yàn)镚E公司發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性高、性價(jià)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(dòng)機(jī)和自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)這兩項(xiàng)當(dāng)今世界最頂尖的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，而且已經(jīng)接近實(shí)用階段。應(yīng)該說(shuō)，美國(guó)第五代軍機(jī)“發(fā)動(dòng)機(jī)大戰(zhàn)”勝利者的桂冠很可能會(huì)戴在GE公司的頭上，他們一直在為贏得未來(lái)而努力。

（編輯/一翔）

↑裝備在F-14D上的F110-GE-400發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室特寫

http://img1.qikan.com.cn/qkimages/xdbq/xdbq201706/xdbq20170631-5-l.jpg