鹰隼之心（上）

火心2000

细数最近30年世界航空工业的产品，无论从哪个角度论述都绕不开两款具有划时代意义的机型：美国的F-15“鹰”和F-16“隼”战斗机。这两款战机自问世以来，几乎参加了近30年来的所有战争。在浓浓烽火中，无论是“鹰”，还是“隼”都有上佳表现，甚至上演一边倒的屠杀。当然，以现在的视角来回顾这两款战机能取得如此成就，虽有诸多必然和偶然的因素，但谁都不否认“鹰”“隼”战机的先进。这两款美式战机以先进的火控系统、优秀的气动布局、强悍的武器系统、领先的战场支援系统直到今天依然成为明星战机。在这里，笔者抛开其他一些因素，专门介绍“鹰”和“隼”强悍的基石，这就是他们的“心脏”——F110和F100发动机。

“艰辛”的先行者——普惠公司的F100系列发动机

3代大推的开山之作——TF30发动机

说到F100系列发动机，就不得不提起TF30发动机。在20世纪50年代，美国空军提出了新一代战斗轰炸机的研发计划，主要用于夜间、复杂气象条件下执行对地攻击、遮断和核攻击任务，用以取代空军现役的F-105战机。同时，美国海军也要求研制一种以舰队防空和护航为主的战术战斗机。当时美国防部要求在装备发展过程中减少机型以节约经费，最后决定在新发展成功的变后掠翼技术的基础上，研制能同时满足空、海军要求的通用战斗机F-111（绰号“土豚”）。虽然，F-111战机分为空海军两种版本，但动力系统则被统一为一种发动机，以节省经费。

作为划时代的F-111战斗机轰炸机，技术相比2代战机高的不止是一筹，对动力系统的要求当时也是水涨船高。针对军方需求，美国航空发动机工业的两大巨头通用电气公司（下文简称GE公司）、普拉特·惠特尼公司（普惠公司，下文简称PW公司）闻风而动，分头组团参与竞争：通用动力公司、格鲁门公司和PW公司组成一队，波音公司与GE公司组成另一队，进入最后的角逐。经过激烈的竞争，1962年底，前一组合赢得了开发合同，即后来的F-111战斗轰炸机。其动力为PW公司的TF30涡扇发动机。这也就是美国航空工业发展史上有名的第一次发动机大战。该发动机是PW公司早在1959年就开始研发的，该项目后被命名为TFX。

作为第一种装备部队的加力涡扇发动机，TF30发动机研发计划步履艰难。安装YTF30发动机的F-111战机在1964年开始飞行试验，试验中相继发生了压气机失速和高速状态下致命的转子断裂等问题。虽然PW公司使出浑身解数，但问题始终没能根除。1968年，海军终于失去耐性，退出了F-111战机项目。转而开始自己的空优战斗机计划——即后来名气比F-111战机还要大的F-14“雄猫”战斗机。和F-111一样，F-14战机初期也采用了TF30发动机作为主动力。TF30虽然一举赢得空海军“芳心”，但仍存在诸多严重的技术问题，让空海军大伤脑筋。在经过PW公司几年不懈攻关后，TF30发动机总算达到了服役状态。但研发过程中出现的技术问题（主要表现在发动机风扇与战机进气口匹配问题），让空海军对PW公司印象不佳，严重损害了以后的合作关系。

PW公司在第一次发动机大战中，凭借TF30发动机堪堪击败GE公司的设计方案。但GE公司并未放弃，在冷眼旁观PW公司获得一个又一个订单时，暗自发力，重振旗鼓，以图东山再起。这也为后来美国战机的第二次发动机大战埋下伏笔。

TF30发动机虽有诸多亮点，但整体性能并未显现出涡扇发动机较涡喷发动机压倒性的优势，美国军方对此甚不满意。根据当时的新一代战斗机计划（F-15、F-16）对发动机提出了更高的要求，即新发动机的推重比达到8。这比当时的诸如J79等现役发动机性能提升了近一倍，让当时参与竞标的PW公司和GE公司面临着技术上的严峻挑战和巨大研制困难，研制过程困难重重。也就是在这一时期，美国军方认识到单凭企业自身力量已经不足以研制超前的高性能发动机。于是，由美国政府牵头积极介入和支持新发动机的研发。

军方的乱点鸳鸯谱虽得到一款性能优良的战斗轰炸机，但空海军都未得到自己最心仪的“姑娘”。为此，空军和海军分道扬镳，各自启动自己的战斗机计划。其中，空军的项目代号F-X（后来诞生了 F-15战斗机），海军项目代号VFX（后来诞生了F-14战斗机）。针对空海军的要求，美国军方敏锐的认识到既然不能在机型上统一，那么在动力系统方面的统一则完全可以推行。于是强制规定空海军各自战机的动力必须使用共同的核心机，以减少技术开发风险和降低采购经费，同时对后勤体系的简化也有着巨大的优势。在这一指导思想下，美国国防部提出了“通用标准核心机计划”，以空军为首，联合海军共同发起“先进涡轮发动机燃气发生器计划”（ATEGG）。PW公司和GE公司参与这一计划的最后角逐。PW公司推出了JTF22核心机参加竞争；GE公司推出GE1/10核心机参与竞争。后来，在一次关键试验中，GE1/10核心机发生风扇叶片断裂事故，破坏了其在军方心中的印象。经过一系列龙争虎斗，PW公司的JTF22核心机笑到了最后，赢得了总额高达4.48亿美元的研发合同，将以此为基础为空海军研制一种通用核心机。不过后来失败的GE公司在GE1/10核心机的基础上开发了GE9、F101核心机，在1969年击败了PW公司的JTF20验证机，获得了美国战略轰炸机（AMSA，即B-1）配套动力的研发合同，可谓报了一箭之仇。

让人感到滑稽的是 ，PW公司之所以能赢得这次胜利，不是因为JTF22设计方案比GE公司的设计方案更出色，而是军方看中PW公司对发动机与进气系统的协调问题有着更为深刻的理解——这些经验中相当部分都来自于F-111和F-14战机上问题不断的TF30发动机。这也是笔者为何要说TF30发动机的原因。

按照协议，PW公司将分别为空海军提供F100-PW-100和F401-PW-100发动机用于测试和评估。为了更好地具体协调研制事宜，空海军还成立了专门的通用发动机项目协调办公室。但好景不长，项目刚开始不久，海军就撂挑子，认为“雄猫”已经茁壮成长，没必要在通用发动机上花费巨资，继而逐步削减F401的订单。后来干脆在1971年6月退出该项目，继续完善使用TF30发动机。海军的半途而废让空军甚是气恼，但也只能背上海军扔下的烂摊子。空军为此多支付了1.7亿美元的研发经费。但空军认识到一款优秀发动机之于一型战机的重要性，特别是当时麦克唐纳·道格拉斯公司（后并入波音公司——编者注）的F-15战机渐露真容。F-15战机那种划时代的性能让空军垂涎三尺。虽然海军退出，但空军开发先进核心机的决心没变。在国防部的大力支持下，PW公司的F100发动机度过困难时期，成就了航空工业史上的一段传奇。

早期的F100发动机动力强劲，性能优良，突破了当时的技术，特别是耐高温材料领域的限制。F100发动机在1973年设计定型，其他同类型发动机及的研制工作都起步不久，是世界上第一种投入使用的推重比8的军用涡扇发动机。由此可见PW公司实力之强悍。F100发动机采用了“两高一低”循环参数，首次采用了单元体的结构设计，大量选用轻质高强度材料，配合先进的工艺流程加工制造。例如钛合金用量就达到整机质量的25%以上，率先利用TN100粉末高温合金制造大直径涡轮盘等11个盘件类零部件，用PWA1422定向凝固高温合金精密铸造的涡轮叶片，表面喷涂PWA73热障涂层，Haynes-188钴基合金制造的短环火焰筒等。虽然整机级数略多（共17级），但发动机仍能保持较轻的重量。

由于空军要求的开发进度过于紧张，预算相对不足，PW公司在处理不可避免的技术问题方面捉襟见肘，进度不断拖延，经费不断攀升。虽然技术人员倾尽全力，仍未能解决全部问题。如此状态下匆忙投入使用的F100发动机在使用过程中问题不断，让名扬天下的F-15“鹰”式战斗机憋屈成为“机库皇后”“趴窝鸡”。一代名机声誉扫地，毫无后来F-15横扫天下的那种“傲气雄鹰”的风范。这些问题主要体现在发动机可靠性、耐久性方面。压气机接连发生滞止失速、涡轮超温导致叶片烧蚀、高空接通加力困难等故障。这些故障不仅影响战机出勤率，甚至会威胁到飞行安全，特别是单发的F-16战机，一旦出事，后果不堪设想。

平心而论，PW公司在研制F100发动机的过程足以称得上是“奇迹”。全尺寸发动机从研制到交付仅用了4年零8个月，在研制过程中创纪录地投入了高达114台样机进行了各项地面和飞行试验，总试验时数大约为18000小时。40年前，PW公司就能在这么短时间里，设计和制造出这么多至今仍属一流的发动机，可见实力之强大。

使用中，F100出现的种种问题使PW公司和F100发动机饱受批评。而对F100在使用中出现的问题，PW公司最初的态度让空军很不满意。PW公司最开始把低压压气机失速问题归咎于“飞行员的粗暴操作和不良习惯”，表示“飞行员的粗暴操作和不良习惯”致使发动机工作状态超出了F100发动机的设计考虑。所以，这个责任不能由PW公司承担。美国空军对这种推诿责任的说法十分不满。美国空军的一位负责人直言不讳地对PW公司的代表说：

“我们给你们这么多钱，让你们做这个项目，做出这款发动机，是为了让你们确保我们能够干什么，而不是让你们教导我们这个产品不能干这个，不能干那个！”

如此情形，PW公司依仗F100发动机是当时唯一的第3代发动机，对F100暴露的问题，从来都不是诚心实意地解决，而是想尽办法推卸责任，实在不行就用一些应景的措施敷衍了事。最终逼得军方和PW公司对簿公堂。但早先军方一系列的错误决定经过条文合同规定下来，在美国一切争议都以合同为依据的社会里，空军只好打掉牙齿往肚里吞。但财大气粗的军方也利用各种影响力，只想咽下半个苦果。他们提出对寿命缩短的涡轮叶片、检查与更换时间间隔缩短、发动机出勤率下降带来的对备用发动机数量的增加、以及各个零件储备与购买的成本上升问题由美国军方和PW公司经过谈判共同分摊。

说实话，能让当时世界第一、且在现在以后很长一段时间里都是世界第一的美国空军低头认输，是个十分了不起的成就。但PW公司却不买账，仍保持极为强硬的态度，坚持认为F100发动机出现的问题都是由军方使用不当、都是空军自己认识不清所以未能提前提出准确的技术要求所致，拒绝了心高气傲的军方分摊成本的提议。虽然美国军方与PW公司进行多次谈判商议，也无法达成共识让PW公司分摊成本。由于发动机频繁出现事故，F-15战机大面积停飞，造成严重后果。在1978—1979年短短两年里，出厂的F-15战机甚至长期没有安装动力系统，成为名符其实的“空心战鹰”。后来生产情况有所好转，但发动机产量不足困扰了空军相当长的时间。这种情况让空军苦不堪言，夸耀半天的主力战机成为中看不中用的“机库皇后”，这让美国政府和国会侧目而视，特别是额外增加的大量维护修理更换配件费用更使空军处于无法向政府和国会交代的地步。

美国空军的怒火终于达到了忍无可忍的爆发边缘。最后双方的官司打到了国会上。在那场听证会上，双方唇枪舌剑、你来我往，相互指责对方，一时间震动了美国国会。

此次听证会后，针对F100发动机的情况，美国空军知道光与PW公司扯皮下去根本无法让PW公司改变这种不负责的态度。他们认识到大推力涡扇发动机只控制在一个不负责任、利用行业垄断地位坐吃大户的公司手上，是极其危险的。必须建立充分良性竞争体制来杜绝类似现象再次发生。于是，美国空军立刻改弦更张，一方面给PW公司改进完善的机会，勉强继续提供经费让其修改解决问题，并严肃敦促PW公司认真解决；另一方面，在国会上强烈要求开展“战斗机候补发动机”计划。这个时期，美国海军的F-14战机的正选动力F100的海军版F401也是问题不断。海军在扔了数亿美元后，同样无法得到可靠工作的发动机。最终美国海军公开放弃F401发动机。同仇敌忾的美国空海军迅速联手起来，大力推动“战斗机候补发动机”竞标项目在国会通过。

1979年，美国空军开始推行“战斗机候补发动机”项目的竞标计划，大力扶持PW公司的强劲对手——美国的另一家航空发动机巨头GE公司。GE公司本来在第3代发动机竞争中败在PW公司手下，十分落魄窘困。但军方无奈之下的选择给了GE公司重返巅峰的机会。GE公司的强势崛起逼迫PW公司开始正视自己在F100发动机上的不作为行为。随着“战斗机候补发动机”计划的深度推进，PW公司一改过去的态度，全力推进F100发动机的技术攻关项目。

笔者花了这么多笔墨介绍当年的发动机大战，是想告诉读者无论哪个行业，竞争机制都是十分重要的促进因素。在当今竞争更为激烈的市场经济时代，这种机制更是推动某一行业强者更强的唯一途径。这对我国的航空工业发展有着十分重要的借鉴作用。

PW公司在GE公司的强有力挑战下，立刻调动精锐力量对F100发动机进行卓有成效的改进完善。

F100发动机型号衍生计划（EMDP）

服役初期，PW公司傲慢的态度让其丧失了作为空军第3代战机发动机唯一供应商的优势地位。在GE公司的F110发动机逼迫下，PW公司下决心提升F100的综合性能，彻底根除可靠性、耐久性和维护性方面的问题。

其实早在F100发动机设计定型后不久，PW公司便展开了“部件性能改进计划”（CIP）。该计划针对型号服役后发生的问题，由PW公司和军方联合攻关，取得了一定的成效。几年里通过改进材料，更换零部件，修订维护程序，改善了发动机的维护性。比较突出的压气机滞延失速事故发生数量由每1000飞行小时11～12起（1976年）下降到了1.5起（1981年底）。与此同时，发动机的验收工作、耐久性工作也展开。F100发动机的翻修寿命由原来的500小时延长到了750小时，并打算继续延长到1000小时。但这些改进措施并不能彻底改变F100在可靠性、耐久性、可维护性和操作/适应性方面的根本问题，且PW公司在此前的不作为态度让F100发动机这4项性能的提升更是相当的缓慢。

1978年，美国空军决定实施“发动机型号衍生计划”（EMDP），利用该计划的研究成果对已定型的发动机进行大规模改造。可见，这个项目就是在技术研究与全尺寸发展之间搭建的一座“桥梁”；1979年，美国空军推行“战斗机候补发动机”，大大改善了PW公司以前的那种“皇帝女儿不愁嫁”的态度。PW公司十分积极地在1979年7月与军方签订了F100发动机的衍生发动机研制合同。在EMDP支持下，PW公司研制了两款新型号——F100-PW-200和F100EMD（PW1128）。前者成功挽回了F100系列发动机乃至PW公司的声誉，成为新型战机F-15和F-16的标准动力。而后者虽因种种原因并未装备战机，但作为EMD科研计划，最终结晶为F100后续改进计划提供了理想的发展平台，直接促进了F100-PW-229（PW1129）项目的诞生。

F100EMD的研制工作前后经历了3个阶段：初始阶段（1979—1981年）、推力提高型（1981—1983年）、性能改进型（1983—1985年）

第一阶段：初始阶段（1979—1981年）

在初始阶段的前两年里（1979年、 1980年），PW公司将F100的验证机进行了约250小时的地面台架试验，其中包括50小时相当于300个累计循环（TAC）的加速任务试车（AMT），考核新部件的耐久性。在试车中，新部件并未发生耐久性故障。PW公司见耐久性方面优异，在首飞前的1980～1981年又举行了高空模拟试验。这个试验是在美国著名的阿诺德工程发展中心（AEDC）的高空试验舱内进行。试验共进行了127小时。PW公司针对此次高空台试“加力瞬变”（油门杆从慢车推到最大加力）试验中出现的飞行包线某些区域内、加力燃烧室低频嗡鸣（这是一种比较危险的伴随燃烧室产生的中低频声学现象，可能导致燃烧室熄火）的油气裕度小的情况，改用平行进气方案，并改进火焰稳定器和隔热衬筒，彻底解决了问题，使F100达到了20%的油气裕度。

新机首飞安排在1981年的6月4日进行，试飞工作一直持续到1984年9月。试飞结果证明改进型的F100显著提高了飞机的可操作性（Operability），大大优于原型机。证明改进工作是卓有成效的。

当然，F100可操作性的改善和发动机数字电子控制系统（DEEC）密不可分。因为，发动机的数控系统能迅速准确可靠地获取有关飞机的发动机以及大气条件等多项参数，并进行快速分析、处理等程序。DEEC能够随参数变化迅速选取最适合的调节规律，通过自动补偿来保证最佳性能。

第二阶段：推力提高型（1981—1983年）

基于EMD计划的第一阶段的成功，PW公司并未满足。根据第一阶段取得成果，第二阶段以第一阶段为基础，提出了众多的改进技术，要求新机型能满足该发动机的安装条件。发动机热端部件检修间隔不少于1800TAC。

这些技术主要有：

A、改进高压压气机的气动设计，扩大稳定工作的裕度，提高效率（0.5%）；

B、把机匣更换成钛合金整体铸造成型的中介机匣；

C、保持耐久性特性的前提下，提高热端部件耐高温能力，使用能承受更高出口温度的火焰筒薄壁件；

D、首次采用单晶高温合金精密铸造涡轮叶片和导向叶片，让涡轮进口温度比基本型提高了37.7℃；

E、加力燃烧室的喷油环分成16个独立的扇形段，由“先进燃油管理系统”（AFM）控制供油，取消F100-PW-100基本型上的“快速填充”系统；

F、换上全新设计的3级轴流式风扇，转子叶片为宽弦叶形、电子束焊接的整体转子。

由于大量新技术的采用，第二阶段的F100发动机改进很大，试验科目和试车时数均大幅度增加。其中整机试车就高达2200小时，但无论是地面试车还是飞行试验，F100EMD都表现出出色的操作适用性能。这让“机库皇后”F-15战机终于拥有了一颗强劲的“心脏”，其“傲气雄鹰”的霸气逐渐展露。

鉴于F100基本型的经验教训，美国空军在20世纪70年代末提出大幅延长发动机使用寿命的要求。因此，F100EMD重新制定了耐久性目标——最具代表性的指标“核心机检修间隔”从原来的180TAC提到了4000TAC，相当于2000小时或外场使用9年时间。

为了实现这个目标，PW公司工程师在1981年启动了一个名为“寿命增长核心机”（ILC）的计划。通过ILC计划，PW公司在F100上运用了大量的新技术：如双层气膜冷却通道滚压成型、无烟的燃烧室；先进的PWA1480单晶铸造涡轮叶片，叶片内部为多流路冷却通道，应用激光打孔技术加工气膜；按损伤容限原则设计的涡轮盘、轮盘模板与轮缘上都设有钻孔和冷却孔，提高部件的可靠性；3号轴承即高压压气机前轴承使用了带挤压油膜的弹性支座。

这些新技术的应用，理论上提高了F100发动机的寿命和高可靠性能，但只有通过大量的严格测试后才能知道具体的实际情况。其中最具挑战性的试验项目当属“加速任务试车”（ AMT）。AMT试验与传统试车试验相比，试验时数及苛刻程度成倍增加，能够更好地模拟外场使用造成的寿命损伤。

1984年，ILC核心机首先进行AMT试验，验证提高涡轮进口温度后的性能，试验时长2000TAC。1985年，PW1128开始进行4000TAC的AMT和200小时的高空模拟试验。

采用一系列新技术打造的PW1128核心机通过了AMT项目的严格考验，证明F100发动机原型机上寿命短、可靠性差的致命伤终于被PW公司攻克。一款当时最先进的长寿命、高可靠性第3代航空发动机就此诞生。军方遂给予了F100-PW-220编号。至此，PW公司利用F100-PW-220的成功才真正地赢得了美国空军的“芳心”。

1982年，F100-PW-220全尺寸发展合同签订，1985年3月完成设计定型；1986年6月首批生产型F100-PW-220正式交付使用。F100-PW-220的主要研制目的是彻底解决F100-PW-100型发动机在可靠性和耐久性上的问题，甚至不惜牺牲性能也要确保这个目标的实现。这也为F100-PW-220型保留了较大的改进空间。最终F100-PW-220型的推力性能并未有提高，推重比甚至降到了7.4，但长期困扰F100发动机的滞止失速、叶片损坏、附件故障等问题得到了彻底解决。在F100-PW-220型的支持下，F-15“鹰”和F-16“隼”才第一次在世人面前亮出他那冷森森的“利爪”。虽然，F100-PW-220型最终抱得美人归，但在美国海军那里却依然碰了一鼻子灰。美国海军为他们那充满传奇色彩的“雄猫”选择了GE公司的发动机，而不是PW公司的发动机。

F100-PW-220虽遭美国海军抛弃，但随着F-15战机出口日本，赢得了日本人的订单。日本人的订单虽不多，却也可稍稍安慰一下PW公司那颗失落的心。日本版F100-PW-220是由日本石川岛播磨重工根据许可证生产制造的，日本编号F100-IHI-100/200E。1978年，PW公司向播磨重工提供生产技术支持。1981年，第一台发动机组装完成并交付，型号为F100-IHI-100，配装空中自卫队的F-15J战机，以后这型发动机被升级为P100-IHI-220E。按照当初约定，日本虽然许可生产每台发动机50%的零部件，核心部件仍由PW公司提供。后来，随着日本科技实力的增强，自制能力逐渐提高，到1999年，交付的最后一台“447号”发动机国产化率已经达到了78%。不过剩下的22%乃是F100发动机最精华部分，仍然控制在PW公司手中。

第三阶段：性能改进型发动机（IPE）——F100-PW-229（PW1129）

为了扭转F100-PW-100发动机的不佳表现，PW公司利用PW1128验证机开发了F100-PW-220型，彻底打了翻身仗，重返战斗机动力的巅峰。然而，PW公司自己前期多年的不负责作风给了GE公司可乘之机。而随着F110系列发动机的逐渐成熟，严重威胁到PW公司的切身利益（GE公司抢走“雄猫之心”就是最好的例证）。为了应付老对手的挑战，PW公司决定以F100-PW-220型为基础，结合改进的PW1128部件以及预研技术来研制“性能改进型发动机”（IPE），公司编号PW1129验证机。同时，美国空军决定以F-15C/D为基础，研制F-15E双重任务战斗机。而F-16也改进改型了新版F-16Block52战斗机。这两款新战机的性能均有着大幅度的提高，需要性能更加优异的发动机。针对未来的订单，PW公司和GE公司这两个对头都不约而同地继续向新的高峰发起冲击。

如此形势下，PW公司自不甘落后，以F100-PW-220型为基础，利用众多新技术进行升级改型。

A、风扇与高压压气机

新风扇是以F100-PW-220型风扇为基础，结合EMD部件发展而来。风扇单元以钛合金为主要材料制造；3级转子采用电子束焊接工艺，并经精加工与表面喷丸处理成型；前两级风扇叶片上设计阻尼凸肩以降低振动，提高抗外物冲击能力；缩短了中介机匣支板的轴向长度以增加第三级静子叶片（出口导叶）。

风扇采用小直径的轮毂（降低轮毂比）以在进口直径不变的前提下提高空气流量，流量增加了8%。新设计风扇在宽广的转速范围内具有较高的喘振裕度，可保证发动机在各瞬变过程中稳定工作。

高压压气机原来采用在WP1128核心机上验证过的9级轴流式，后来为了增加流量，又增加一级，压比提高到8左右。为了消除F100原型机耐久性差的缺陷，各零部件经受了大量严格部件与整机的试验（通过8000TAC试车考核），达到了很高的耐久性水平。

性能试验中，压气机表现出色，从慢车到最大转速范围的失速裕度高达30%～32%，效率85%。轮盘分别用达到损伤容限要求的钛合金和IN100粉末合金制造。

B、短环形、浮动壁主燃烧室

燃烧室的科技含量是最能体现科研实力的地方。PW公司在研发F100-PW-220型时就已经开始与军方合作研制第4代航空发动机F119、F135，且已取得阶段性成果。PW公司把应用到第4代发动机的燃烧室技术——浮动壁主燃烧室首次应用到大型军用发动机上。由于运用了先进的扩压器技术，火焰筒长度比F100-PW-220型更短。但分布系数、排放指标、再点火高度等关键性指标不但没有降低，反而效率更好。浮动壁的冷却效果好，燃烧室有更大的温度裕度，所以性能上还有巨大的提升空间。

C、高负荷、跨声速涡轮

在涡轮盘这个关键技术上，PW公司一点也不敢大意，没有随意改变涡轮级数，仍然是高低各两级。不过为了提高推力，涡轮的工作温度升高（涡轮进口温度约1700K），负荷加大。在负荷加大的情况下，为了保证原有的高寿命性能，PW公司将涡轮的制造材料进行了升级，用第2代单晶高温合金PWA1484制造叶片、新型损伤容限的IN100粉末合金制造叶盘。同时取消盘上的钻孔和冷却孔，消除产生的应力，保证发动机长寿命和低故障率的设计要求。

D、加力燃烧室和尾喷管

由于新机的压比、温度较F100-PW-220型提高不少，所以对燃烧室和喷管材料都采取了必要加强措施，改善冷却效果，延长部件寿命。

E、功能加强型电子控制系统（IDEEC）

PW公司首开使用DEEC先河，是提高F100操作性的关键法宝之一。经过十余年的技术积累，其在DEEC上的造诣更深。当然在升级版的F100-PW-229型上的IDEEC也是采用升级版本，以提高发动机的操作性。升级版IDEEC的存储量比原来的DEEC增加了一倍，处理速度提高了33%以上；使用MIL-STD-1553B数据总线，加快了数据传输速度。IDEEC不仅满足F100-PW-229型的控制要求，还能适应发动机的持续增长，配合推力矢量技术的应用。后来，F-22战机的电子控制系统就是由IDDEC改进而来。

与F100-PW-220型相比，这些新技术的采用让F100-PW-229型在具有相同尺寸、结构及高可靠性与耐久性的同时，起飞加力推力增加了22%，飞行包线内的推力性能普遍提高20%～30%，增强操作运用性；加速时间（海平面状况下，从慢车到最大加力）缩短到4秒左右；空气流量增加（103.0千克/秒→112.4千克/秒），总增压比增大（25→32）、涡轮进口温度提高（+60℃），推力也得到了显著的增加。由于外廓尺寸保持不变，单位迎面推力估算为72.4千牛/米2（不开加力）和118.6千牛/米2（加力）。

1989年，F100-PW-229型正式装备部队，截止到现在，F100-PW-229型已服役了20余年，随着F-15、F-16战机征战在世界许多国家与地区。这一切的成功足以证明F100-PW-229发动机的设计之先进、PW公司技术实力之强悍。

F100发动机的终极改进型——F100-PW-229A、F100-PW-232及F100发动机的未来发展

20世纪80年代初，美国空海军正式提出要求，开发用于取代F-15和F-14战机的新一代战斗机及相应的发动机。虽然海军最后退出这个计划，但空军仍继续推进自己的“先进战斗机计划”（ATF）。这一计划的最终结果就是后来“独孤求败”多年的F-22“猛禽”战斗机。作为鹤立鸡群的第4代战斗机的“心脏”，美国空军提出的主要技术要求是：超声速巡航（不开加力保持超声速飞行）、低可探测性、推力矢量、短距起降、高可靠性和低价格。

按照美国航空工业“动力先行”的发展惯例，早在ATF计划竞标样机之前，美国政府出资支持了一系列飞机部件演示和概念研发项目。这些项目中有海军领导的“先进发动机研究计划”（ATES）和飞机推进分系统综合计划。其中后者包含一个“联合技术演示发动机计划”（JTDE）。PW公司和GE公司都参与了ATES和JTDE计划，验证了一系列先进发动机技术。PW公司开始关注对转双转子计划，GE公司则验证了包括变循环发动机技术在内的一系列方案。

在ATES研究之后，美国又进行了“战术系统推进评估”研究计划。这项研究中发动机研制方和飞机研制方被配成组，进行进一步的计划研究。这一阶段GE公司决定利用变循环发动机概念；而PW公司则决定采用对转双转子低涵道比涡扇发动机。1983年9月，美国分别与PW公司 和GE公司签署了协议，开发一台地面测试用样机，样机推力需达30000磅力（约133.4千牛），采用二元矢量喷管，使对应的战机方案具备超声速巡航能力。此后，美国政府对性能指标又做了几次调整，飞机研制方也对发动机施加了重大影响。1985年，美国空军进一步压低了单价，对发动机提出了更为严苛的低可探测性要求。1986年，空军提出发动机厂商必须在最终选定承包商开始工程制定开发之前对演示样机进行飞行测试。1987年，PW公司和GE公司结合整机设计情况，又把性能指标提高到了35000磅力（约155.7千牛），以适应战机的要求。然后，两家公司进入各自的技术攻关阶段。在这最后的决战中，GE公司坚持高技术、高风险的方案，决心在飞行测试中展示更突出的性能，希望能打动空军，最终胜出。而PW公司则稳打稳扎，采用成熟但整体性能逊于GE公司方案。

1991年4月，经过多轮的测试后，空军宣布选择洛克希德团队和PW公司发动机团队胜出。这就是后来第一款第4代发动机——F119-PW-100，于1997年完成首飞。之后，PW公司 团队乘胜追击，以F119发动机为基础，对喷口、风扇、控制系统及其他部件进行适应性调整和改动以适应JSF项目（后来的F-35战机）的需要，产生了F135发动机，成为该项目的动力方案。

至此，PW公司在包揽大部分F-15、F-16战机动力系统的同时，又一次垄断了新一代战机的动力系统，也对美国空军战机的动力系统再一次形成了绝对的垄断。这种重现20年前近乎垄断的局面，引起了美国政府的巨大担忧。当年PW公司近乎无赖的做法让美国空军颜面扫地，对这种教训是记忆犹新。因此，美国许多官员提出在发动机研发采购中应引进更多的竞争，并应该继续支持失败的GE公司，对PW公司进行施压。直到今天，美国政府都未放弃连吃两次败仗的GE公司，反而一直通过于1988年启动的“综合高性能涡轮发动机计划”（IHPTET），倾以巨资，或明或暗地扶持GE公司。IHPTET计划将现役的军用涡扇发动机的推重比提高近一倍，将生产和维护成本降低35%。同时，也从另一角度扶持GE公司，在航空工业中与PW公司形成良性竞争的局面。

笔者花了这么多篇幅介绍美国在发动机研发的细节，是想通过美国的先进经验对我国的航空发动机工业的研究起到借鉴作用。当美国启动第4代发动机计划时，我国却因引进“斯贝”发动机，放弃了基本成熟的WS-6发动机。同时，美国的良好竞争体制，是市场经济下各个行业走向强大的保证。当然，这一切的竞争必须掌控在政府的先期战略规划中。这一点很值得我们参考。

PW公司又一次赢得“发动机大战”的同时，并未放弃对现役发动机的升级改进计划。特别是利用第4代发动机计划改进现役发动机更被提上了重点工作日程。F100-PW-229A型正是这种背景下的产物。F100-PW-229A型利用F119的风扇设计技术，将风扇直径增大25毫米，空气流量增加到125千克/秒，并提高了绝热效率和抗损伤能力（风扇经受住了1.14千克的鸟撞试验，发动机仍能正常工作，推力也没有下降）。因风扇效率提高，可以在维持与F100-PW-229相同推力情况下，降低涡轮进口温度（50℃），热端部件检修间隔从4300TAC延长到了6300TAC。第一级风扇叶片为低展弦比空心叶片，后两级采用整体叶盘（Integrally Bladed Rotors，IBR）结构，减少了零件数目。进气机匣采用整体铸造带固定支板结构。此一项技术就减少了300多个零部件，一定程度上抵消了因采用增强结构使部件重量增加68千克的影响。同时，具有良好失速裕度的新风扇也取消了传统的进口可调导叶，简化了维护，提高了可靠性。

1991年10月，首台F100-PW-229A发动机样机开始试车。1992年3月，在性能试验中，推力达到了165.1千牛（这一结果是在模拟飞行高度10970米、马赫数2.3的条件下取得的）。在地面试验中，也验证了F100-PW-229A型具有极佳性能（151千牛以上的推力增长潜力；油门可进行无约束操作；推力瞬变比同代最好的发动机快50%，从慢车到最大加力只需2秒；先进的气动设计使压气机喘振裕度增加；燃烧室无可见烟，并减少了红外特征；自动诊断和自身调整功能）。此外，新机在450小时试验中，证明了所有结构和性能要求均符合要求，一款性能更加优异的发动机就此诞生。

PW公司本打算将F100-PW-229A型投放市场，继续为公司博得更多利益，特别是当时阿联酋订购的F-16E/F战机，PW公司更是势在必得。但因众多原因，GE公司虎口夺食，抢走了这块到嘴的肥肉！为此，PW公司又把目光瞄准了美军大量现役的F-15、F-16战机，希望军方有换发的计划。然而，由于冷战的结束，大量本来就已经领先的F-15和F-16战机换发计划也就不是那么迫切了。所以，F100-PW-229A型的装备前景就显得十分的“黯淡”！

然而，PW公司并不死心。在21世纪初，PW公司在其网站上公布了一款新型发动机——F100-PW-232。从PW公司发动机以往的惯例可知，该机的推力应达到142KN。F100-PW-232型同样大量应用F119发动机的技术，增大直径、提高流量，涵道比降到0.34，而整机质量提高到1859千克。核心机的主要部件经过改进增强，提高耐久性和可靠性；加力燃烧室采用先进的旋流式设计；尾喷管可有多种选择方案，包括F119发动机的矢量喷管；IDDEC又重新进行了优化设计。一句话，F100-PW-232型发动机是PW公司仅次于F119和F135发动机的第三号顶级发动机。但就算F100-PW-232型“功力再强”仍然未能引起美国军方的注意，也未能赢得任何国外的订单。不久F100-PW-232型项目就消失在历史档案中了。

截止到目前，美国军方已经将发动机研发计划倾向于第4代发动机的深度发展上，并展望未来新一代发动机。对现役型号发动机的重点工作转变为延长服役周期，降低全寿命成本，不会轻易采用新型的F100发动机系列。因此，PW公司要想继续挖掘F100这个“老兵”的潜能，只能等到获得订单后才能启动。PW公司在美国实施的几项国家级的科研计划IRPTET、VAATE中都有斩获，其实力可说是深不可测，只要给他一个舞台，绝对会再次震撼世界。PW公司开发的这台划时代的第3代航空发动机F100，让笔者不禁想起了美国著名的五星上将麦克阿瑟说的那句名言：老兵永远不死，只是逐渐凋零！（未完待续）