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美造出最强F135发动机并非“神通广大”

 昵称UZWbF 2017-06-06

众所周知,美F35发动机F135为史上最强劲的战机发动机,最大推力超过18吨(4万磅)(AL-31F为12.5吨。)那么美国的战机发动机是怎么发展起来的呢?是不是美国人就“神通广大”呢?

 

惠普的F135发动机

在二战的时候就有了喷气推进技术,二战结束后,美军技术人员看到了德国喷气技术研究中心的资料时无不感到惊讶(许多学者认为,德国的喷气推进技术至少领先美国五年),高层也大为震惊,意识到先进航空技术的基础是航空动力系统,下定了研究航空动力以抢占未来航空科技制高点的决心。

 

德国是二战唯一装备使用喷气式飞机的国家,图为德ME262喷气飞机

美国政府的策略是让企业之间 自由竞争,因为只有竞争才会产生源源不断的动力,才会开足马力去创新。美国通用电气、西屋、艾利逊以及柯蒂斯-莱特等公司都在研发自己的产品为美国军方供货,而后来成为喷气发动机巨头的惠普当时处于落后的位置。

 

为了赢得竞争优势,1946年惠普做了一个重大的决定:抛弃以前不行的发动机,投入巨资建设新的研发机构,重新开始。重点解决低推力高油耗问题,经过大量的基础工作后,惠普研发出了第一个推力10000磅的发动机J57。

 

J57的成功让惠普迎来了爆发式增长

J57成功后订单不断,B-52战略轰炸机当时就用的J57。而在这过程中,西屋,柯蒂斯-莱特被淘汰了,他们刚开始都是做的很好的,但因为喷气发动机要求太高,资金投入巨大,走错了方向很可能就没有回旋的余地。

 

美国计划让B52服役到2050年,这样其服役时间长达90年。

50年代初,英国提出了低涵道比概念,但并没有引起惠普的注意,通用电气率先应用在了CJ805-23桨扇发动机上,惠普才反应过来推出了JT3D。因为有J57的好口碑,CJ805-23桨扇发动机也只是个试验产品,惠普的JT3D反而赢得了大量订单,著名的KC―135加油机当时就用的这个发动机改进版。

 

KC―135加油机可以给各种性能不同的飞机加油

1965年,通用电气开发成功世界上第一台高涵道比涡扇发动机TF39,扳回了一局,成为了当时C5“银河”运输机的动力。后来通用又开发了著名的J79涡喷发动机,让两倍声速飞行成为可能。F-104“星”、B-58“盗贼”、F-4“鬼怪”II、A-5“民团团员”和以色列“幼师”都采用了J79,其生产跨度超过30年。

 

以色列幼狮战斗机的研制背景和过程比较复杂,可以说是“偷”来的

50年代末期,美军考虑开发加力涡扇发动机,几个早期加力型涡扇发动机项目都经历了严重的技术问题。最为重大的问题是进气气流流场和压气机失速,此外还有可靠性和可维护性的问题。

 

B-58“盗贼”代表了当时航空工业的最高水准。

1962年通用动力/格鲁曼-普惠合作团队打败而波音与通用电气的合作团队赢得了装备加力涡扇发动机TF30的F111战斗轰炸机开发合同。(格鲁曼,波音是造飞机的)涡扇加力发动机的研发步履维艰,安装普惠TF30的F-111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诸多问题。

 

F111有一喷火“绝活”

1968年,美海军开发F14战斗机项目,同样用F111上的涡扇加力发动机,项目中也出现了不少严重的技术问题,让海军大伤脑筋。在经过了12年坎坷研制和改进历程后,总算是可以服役了。之后惠普开始研发TF30改进型F100,空军要求F100的推重比相较J79等现役发动机提升近一倍,普惠再次面临着技术上的严峻挑战和巨大研制风险,研制过程困难重重。

 

F-14“雄猫”用来替换海军的F-4战斗机。主要执行舰队防御、截击、打击和侦察等任务

美国军方开始逐渐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,于是开始积极介入和支持新发动机的研发。同时美国也意识到统一动力系统具有重要战略意义,因此强制规定空军和海军各自的战斗机动力必须使用共同的 核心机。

 

F100发动机

惠普JTF-22方案打败通用电气赢得了通用 核心机合同,在 国防部和空军的支持下,历经重重困难,划时代的F100终于出来了。早期的F100发动机动力强劲,性能优良,但在使用性使用性和可靠性方面存在严重问题。由于动力强劲加上F-15出色的机动性,飞行员们常常“粗鲁”地把飞机拉到飞行包线的边缘,这让发动机实际工作状态比设计状态更为恶劣。这种做法导致了比预想更糟糕的可靠性和维护性问题,后来还有空中熄火的问题。

 

F-15是世界上第一种成熟的第三代战斗机,1969年由麦道公司得标

F100问题不断,国会作出决策:追求性能和渴求创新的军用发动机项目没有有效的竞争激励是不行的,要求空军和海军要在各自的F100和TF30发动机项目中另外引进一个竞争者提供替代品。

1980年通用电气拿出的竞争方案是F110,普惠推出的是改进型F100-220。(惠普这下老实了)

作为竞争的统筹规划者,美国军方在研发和采购过程中并未由于竞争的存在而节约多少资金,但通过对竞争的有效统筹,美国空军从更优秀的厂商那里获得了性能更优、更为可靠且维护性更好的喷气发动机。

 

2006年7月28日F-14“雄猫”战斗机退役后,F-18成为美国航空母舰上唯一的舰载战斗机

在合适的竞争激励机制下,通用电气开发出F404低涵道比涡扇发动机,赢得了海军F/A-18“大黄蜂”动力项目。F404非常可靠,但仍然指定普惠公司作为第二供应商以确保形成有效竞争。

80年代初,空军开始进行自己的ATF计划(F22),普惠F119发动机成功击败通用电气F120成为F-22的动力系统,而后来JSF计划(F35)动力供应商依然是惠普,那通用是不是要被淘汰?

 

F22就不用怎么介绍了

不会,通用电气再失去这一机会惠普就会形成垄断了,1995年夏,国会要求JSF联合战斗机项目开辟第二家发动机供应商,以保持适度的竞争,也就有了后来的F136发动机.

所以F135是美几十年技术积累的体现,而这种技术发展能一直不断的持续下去, 来源于高层对于“掌握 核心技术才能掌握制高点的根本意识与行动”。

因此,在发展当前发动机的时候,美国也一直保持着未来发动机的预研,以保持领先优势。

 

F35

所以总的来说,高层有技术意识,从二战一直在牟足了劲发展航空发动机,从未停过,所以美造出最强F135发动机并非“神通广大”,而是半个世纪一步一个脚印走出来的,美国的航空发动机发展一直在合理的竞争环境中前进,这个统筹规划者功不可没,惠普与通用电气在技术上各有千秋,竞标的失败并不代表技术上的不行,还要考虑到风险等问题,在统筹者规划下,两家公司相互促进,相互竞争,引领了世界航空发动机的发展。(其实还有一个很厉害的航空发动机企业——英国“罗罗”)

 

应用于“狂风”战机上的罗罗RB199发动机

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