王者荣耀美国第四代军用涡扇发动机的竞争与启示

2017-06-28孙志勇

现代兵器 2017年6期

孙志勇

曾经有这样一个流传已久的说法：航空工业是制造业皇冠上的明珠，以此类推，航空发动机则应是航空工业这颗明珠上最为璀璨的部分。以武器平台的角度来看，战车发动机出问题了，可以由其他战车或装甲抢救车拖曳撤离战场;舰船发动机出问题了，还有备用发动机可用;而一旦军机发动机出问题了，多半就是机毁人亡的一等事故。因此，航空发动机的可靠性要求其实是最高的。

普惠公司占得先机

从上世纪70年代开始，以第四代战斗机动力装置为焦点，美国普惠公司和GE公司展开了一场虽不见硝烟、但依然让人感觉惊心动魄的“第一次发动机大战”。此后，两大美国航空发动机巨头又在第五代战斗机动力装置的采购上爆发了“第二次发动机大战”。由于第六代战斗机和第二代隐身战略轰炸机已经被美国军方列入发展规划，毫无疑问我们还将在未来看到两家公司的“第三次发动机大战”。而“第一次发动机大战”之所以会发生，其核心就是可靠性问题。

在第四代战斗机之前的第三代战斗机时代，GE公司的J79和J85两大系列涡喷发动机占有绝对的统治地位，成为美国空海军战斗机的核心动力装置。尤其是J79系列所创造的辉煌，之后再没有任何一种同类型发动机能够超越。然而，光环背后的隐忧就在于GE公司过分倚重J79的后续发展，而没有把重心及时转到更为先进的加力涡扇发动机上来。结果，当美国军方为TF-X项目选择第一代战斗机用涡扇发动机时，GE公司匆匆推出的MF295不敌普惠公司此前在美国海军资助下研发的TF30，失掉了抢占第四代战斗机动力装置先机的机会。虽然TF30在装备F-111之后出现了不少问题，但是普惠公司已经先入为主，并乘胜追击，在F-15和 F-14战斗机动力装置竞争中再次击败GE公司。

拿下这笔大单后，普惠公司其实并不轻松。根据由美国空军和海军组成的发动机选型联合管理委员会的要求，普惠公司不仅要为空军的F-15研制F100发动机，还要为海军的F-14研制F401发动机（替代性能有缺陷的TF30），两者的核心机都采用该公司竞标成功的JTF22。美国空军和海军与普惠公司在1970年3月正式签订发动机研制合同，此后的进度日程表为：1972年2月完成初步飞行状态试验和60小时持久试车试验，1973年2月完成军机取证试验。

研发进度如此紧张，一方面是因为美国空军不希望F100发动机拖了麦道公司F-15战斗机的后腿，如果耽误了时间节点，那么所有损失麦道公司是不负责的，全由美国空军承担;另一方面，美国海军当时面对与强大的红海军对峙的压力，而寄予厚望的F-14却因为TF30发动机无法发挥全部性能，因此也急迫地想换装新一代发动机。

但是，对于普惠公司来说，由于空军和海军对于发动机性能要求的侧重点不同，虽然都采用相同的核心机，其实基本上等于同时研发两种发动机。在这么短的时间内完成两种当时最先进涡扇发动机的研制，不要说在上世纪70年代，就算是在当今时代，也没有任何一个公司能够做到。于是，就像一条并不够大的蛇非要吞掉一枚巨蛋一样，普惠公司也开始不断找一些“变通”的办法。普惠公司首先要求推迟F401发动机的研制节点（F-14的采购数量毕竟没有F-15多），继而请求减少两种发动机的部件试验小时数。

之后，由于发动机采购经费削减、F-14研发成本上升等诸多原因，美国海军被迫取消了F401的研制計划。美国空军本以为这一来普惠公司会集中力量把F100发动机搞好，却不想后者先打的是自己的小算盘，以采购数量减少、成本上涨为理由要求提高采购单价。美国空军为了保证F-15的研发进度，只得忍气吞声，甚至连考核试验都给了普惠公司多次重复进行的机会，最终在1973年10月勉强通过了150小时定型试验和全部部件考核试验。普惠公司对F100发动机在考核试验中暴露出的风扇叶片断裂以及静子摩擦起火等多方面的可靠性问题进行改进和补救，却始终未能彻底解决问题。直到1974年11月F-15量产型交付美国空军之时，F100的初始型号F100-PW-100（见题图）依然是“百病缠身”。此时，美国空军已经是“骑虎难下”，以至于F-16为了保持与F-15的通用性，也选择了F100家族的第二个型号——F100-PW-200。

F100系列发动机服役后，其最大的可靠性问题就是喘振和空中熄火停车，而且故障率越来越高。以至于当时美国空军F-15和F-16飞行员一见面交流的不是技战术，而是如何操纵油门杆才能减少发动机熄火停车的概率。美国空军从1974年开始每年都拨专款用于F100系列发动机可靠性的提升，但是其见效依然很慢。为了保证空中作战机队的战斗力，美国空军一方面硬着头皮继续采购F100系列发动机，一方面也开始动了研制替代型号的念头。就这样，美国空军和普惠公司“友谊的小船说翻就翻了”，而把前者拉下水的正是在最初竞争中败北的GE公司。

试车台上的F101发动机

F110-GE-100涡扇发动机

GE公司后来居上

就在普惠公司被F100和F401发动机搞得焦头烂额的时候，GE公司却另辟蹊径，拿下了B-1A战略轰炸机发动机的订单。GE公司以代号GE9的核心机为基础，为B-1A研发了该公司第一种加力涡扇发动机——F101。由于美国空军对B-1A的研发进度并不像F-15那么急迫，因此给了GE公司以充分的时间来走完前者在1969年制定的发动机结构完整性大纲。在1977年卡特总统终止B-1A研发计划时，F101-GE-100生产了46台样机，共完成超过12000小时的试验小时数，其中包括400小时的空中试飞。

此后，尽管B-1A不再继续发展，但是F101-GE-100还是利用这个现成的空中实验平台，完成了1895小时的飞行试验。F101-GE-100的出现堪称GE公司具有里程碑意义的事件，以此为起点，衍生出为B-1B配套研制的F101-GE-102和为B-2A配套研制的F118，其核心机部分则同时成就了当今世界上最为著名的两大喷气式发动机家族——CFM56和F110。

GE公司在1977年B-1A下马时，就萌生了利用其核心机研发一款战斗机用加力涡扇发动机的念头，并且及时与美国军方进行沟通。1978年，GE公司以F101-GE-100核心机为基础，结合F404的部分技术，向美国空军和海军推出了代号为F101X的加力涡扇发动机设计方案。次年，美国空军与GE公司正式签订发动机研发合同，并赋予其F110的军用编号。

GE公司还经过不懈努力，说服美国海军同意以F110替换F-14的TF30发动机。可以说，当初普惠公司承诺却没有做到的，如今GE公司都将实现。普惠公司得知这一消息后，在震惊之余连忙发动起在华盛顿特区“朋友圈”内的一切人脉，试图继续将GE公司挡在门外。然而，美国军方态度之坚决、理由之充分让普惠公司无以辩驳，后者只能全力投入到F100的后续型号发展上，准备接GE公司的招。由此，普惠公司和GE公司的“发动机大战”进入到最为白热化的阶段。

1981年3月，美国空军F-16战机换装F110发动机首飞成功。4个月后，美国海军F-14战机也加入到“换心”的行列，其飞行性能与装备TF30时相比有了质的提升。与F100相比，F110不仅可靠性更为出色，主要技术性能也有大幅提高。美国空军和海军心里有了底，于是在1983年1月联合与GE公司签订了研发合同。此后，美国空军向普惠公司和GE公司發出正式合作建议征询书，其中特别对新一代发动机的可靠性做出了非常具体而严格的要求。1984年2月，美国空军做出决定，按照一定的比例同时采购普惠公司的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诚意之作，部分进行了重新设计，同时应用了大量提高可靠性的新技术，并且完成了史无前例的4000个循环的加速任务试验（等于平时使用9年）。因此，考虑到后勤保障的通用性和连续性，美国空军依然大批量采购F100-PW-220及其后续发展型号。F110系列的优势则在于高可靠性、大推力和低成本。F110-GE-100的加力推力为124.6千牛，F100-PW-220仅为105.72千牛。

因此，F-16和F-15E的大部分后期型号多采用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），以便在起飞重量和飞行阻力不断增加的情况下，尽可能保持原有的飞行性能。而就成本来说，F101、F110、F108和CFM56等不同类型的几大系列发动机都采用相同技术源头的核心机，这一点是F100无论如何也做不到的。

双雄并立

从普惠公司一家独大到GE公司抢食一杯羹，再到如今很多用户点名要求采购的F-15和F-16战机装备F110发动机，这本身就是GE公司的胜利。更何况除了F110系列大推力涡扇发动机，GE公司还有享誉世界的F404/F414中推力涡扇发动机系列、T700涡轴发动机系列、LM2500燃气轮机系列以及大型飞机装备的CFM56和CF6系列大涵道比涡扇发动机系列。这一切使得GE公司赢得“第一次发动机大战”的胜利更像是一场锦上添花的意外之喜。

因此，即便此后GE公司研制的YF120发动机败于普惠公司的YF119，输掉了为F-22配套的“第二次发动机大战”，甚至已经规划好的F-35备用发动机F136被美国军方砍掉，也都没有从根本上伤了他们的筋骨。因为GE公司发动机可靠性高、性价比好的印象已经树立在众多客户心里，更重要的是，他们还掌握着变循环发动机和自适应循环发动机这两项当今世界最顶尖的喷气式发动机技术，而且已经接近实用阶段。应该说，美国第五代军机“发动机大战”胜利者的桂冠很可能会戴在GE公司的头上，他们一直在为赢得未来而努力。

（编辑/一翔）