火心2000

細(xì)數(shù)最近30年世界航空工業(yè)的產(chǎn)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(zhàn)斗機。這兩款戰(zhàn)機自問世以來，幾乎參加了近30年來的所有戰(zhàn)爭。在濃濃烽火中，無論是“鷹”，還是“隼”都有上佳表現(xiàn)，甚至上演一邊倒的屠殺。當(dāng)然，以現(xiàn)在的視角來回顧這兩款戰(zhàn)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(rèn)“鷹”“隼”戰(zhàn)機的先進(jìn)。這兩款美式戰(zhàn)機以先進(jìn)的火控系統(tǒng)、優(yōu)秀的氣動布局、強悍的武器系統(tǒng)、領(lǐng)先的戰(zhàn)場支援系統(tǒng)直到今天依然成為明星戰(zhàn)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(fā)動機。

“艱辛”的先行者——普惠公司的F100系列發(fā)動機

3代大推的開山之作——TF30發(fā)動機

說到F100系列發(fā)動機，就不得不提起TF30發(fā)動機。在20世紀(jì)50年代，美國空軍提出了新一代戰(zhàn)斗轟炸機的研發(fā)計劃，主要用于夜間、復(fù)雜氣象條件下執(zhí)行對地攻擊、遮斷和核攻擊任務(wù)，用以取代空軍現(xiàn)役的F-105戰(zhàn)機。同時，美國海軍也要求研制一種以艦隊防空和護(hù)航為主的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機。當(dāng)時美國防部要求在裝備發(fā)展過程中減少機型以節(jié)約經(jīng)費，最后決定在新發(fā)展成功的變后掠翼技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制能同時滿足空、海軍要求的通用戰(zhàn)斗機F-111（綽號“土豚”）。雖然，F(xiàn)-111戰(zhàn)機分為空海軍兩種版本，但動力系統(tǒng)則被統(tǒng)一為一種發(fā)動機，以節(jié)省經(jīng)費。

作為劃時代的F-111戰(zhàn)斗機轟炸機，技術(shù)相比2代戰(zhàn)機高的不止是一籌，對動力系統(tǒng)的要求當(dāng)時也是水漲船高。針對軍方需求，美國航空發(fā)動機工業(yè)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(fēng)而動，分頭組團(tuán)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(jìn)入最后的角逐。經(jīng)過激烈的競爭，1962年底，前一組合贏得了開發(fā)合同，即后來的F-111戰(zhàn)斗轟炸機。其動力為PW公司的TF30渦扇發(fā)動機。這也就是美國航空工業(yè)發(fā)展史上有名的第一次發(fā)動機大戰(zhàn)。該發(fā)動機是PW公司早在1959年就開始研發(fā)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(fā)動機，TF30發(fā)動機研發(fā)計劃步履艱難。安裝YTF30發(fā)動機的F-111戰(zhàn)機在1964年開始飛行試驗，試驗中相繼發(fā)生了壓氣機失速和高速狀態(tài)下致命的轉(zhuǎn)子斷裂等問題。雖然PW公司使出渾身解數(shù)，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(zhàn)機項目。轉(zhuǎn)而開始自己的空優(yōu)戰(zhàn)斗機計劃——即后來名氣比F-111戰(zhàn)機還要大的F-14“雄貓”戰(zhàn)斗機。和F-111一樣，F(xiàn)-14戰(zhàn)機初期也采用了TF30發(fā)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(yán)重的技術(shù)問題，讓空海軍大傷腦筋。在經(jīng)過PW公司幾年不懈攻關(guān)后，TF30發(fā)動機總算達(dá)到了服役狀態(tài)。但研發(fā)過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題（主要表現(xiàn)在發(fā)動機風(fēng)扇與戰(zhàn)機進(jìn)氣口匹配問題），讓空海軍對PW公司印象不佳，嚴(yán)重?fù)p害了以后的合作關(guān)系。

PW公司在第一次發(fā)動機大戰(zhàn)中，憑借TF30發(fā)動機堪堪擊敗GE公司的設(shè)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(fā)力，重振旗鼓，以圖東山再起。這也為后來美國戰(zhàn)機的第二次發(fā)動機大戰(zhàn)埋下伏筆。

TF30發(fā)動機雖有諸多亮點，但整體性能并未顯現(xiàn)出渦扇發(fā)動機較渦噴發(fā)動機壓倒性的優(yōu)勢，美國軍方對此甚不滿意。根據(jù)當(dāng)時的新一代戰(zhàn)斗機計劃（F-15、F-16）對發(fā)動機提出了更高的要求，即新發(fā)動機的推重比達(dá)到8。這比當(dāng)時的諸如J79等現(xiàn)役發(fā)動機性能提升了近一倍，讓當(dāng)時參與競標(biāo)的PW公司和GE公司面臨著技術(shù)上的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)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(rèn)識到單憑企業(yè)自身力量已經(jīng)不足以研制超前的高性能發(fā)動機。于是，由美國政府牽頭積極介入和支持新發(fā)動機的研發(fā)。

軍方的亂點鴛鴦譜雖得到一款性能優(yōu)良的戰(zhàn)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(zhàn)斗機計劃。其中，空軍的項目代號F-X（后來誕生了 F-15戰(zhàn)斗機），海軍項目代號VFX（后來誕生了F-14戰(zhàn)斗機）。針對空海軍的要求，美國軍方敏銳的認(rèn)識到既然不能在機型上統(tǒng)一，那么在動力系統(tǒng)方面的統(tǒng)一則完全可以推行。于是強制規(guī)定空海軍各自戰(zhàn)機的動力必須使用共同的核心機，以減少技術(shù)開發(fā)風(fēng)險和降低采購經(jīng)費，同時對后勤體系的簡化也有著巨大的優(yōu)勢。在這一指導(dǎo)思想下，美國國防部提出了“通用標(biāo)準(zhǔn)核心機計劃”，以空軍為首，聯(lián)合海軍共同發(fā)起“先進(jìn)渦輪發(fā)動機燃?xì)獍l(fā)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(guān)鍵試驗中，GE1/10核心機發(fā)生風(fēng)扇葉片斷裂事故，破壞了其在軍方心中的印象。經(jīng)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(dá)4.48億美元的研發(fā)合同，將以此為基礎(chǔ)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(chǔ)上開發(fā)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(zhàn)略轟炸機（AMSA，即B-1）配套動力的研發(fā)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(shè)計方案比GE公司的設(shè)計方案更出色，而是軍方看中PW公司對發(fā)動機與進(jìn)氣系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題有著更為深刻的理解——這些經(jīng)驗中相當(dāng)部分都來自于F-111和F-14戰(zhàn)機上問題不斷的TF30發(fā)動機。這也是筆者為何要說TF30發(fā)動機的原因。

按照協(xié)議，PW公司將分別為空海軍提供F100-PW-100和F401-PW-100發(fā)動機用于測試和評估。為了更好地具體協(xié)調(diào)研制事宜，空海軍還成立了專門的通用發(fā)動機項目協(xié)調(diào)辦公室。但好景不長，項目剛開始不久，海軍就撂挑子，認(rèn)為“雄貓”已經(jīng)茁壯成長，沒必要在通用發(fā)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(xù)完善使用TF30發(fā)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(fā)經(jīng)費。但空軍認(rèn)識到一款優(yōu)秀發(fā)動機之于一型戰(zhàn)機的重要性，特別是當(dāng)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(zhàn)機漸露真容。F-15戰(zhàn)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(fā)先進(jìn)核心機的決心沒變。在國防部的大力支持下，PW公司的F100發(fā)動機度過困難時期，成就了航空工業(yè)史上的一段傳奇。

早期的F100發(fā)動機動力強勁，性能優(yōu)良，突破了當(dāng)時的技術(shù)，特別是耐高溫材料領(lǐng)域的限制。F100發(fā)動機在1973年設(shè)計定型，其他同類型發(fā)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(fā)動機。由此可見PW公司實力之強悍。F100發(fā)動機采用了“兩高一低”循環(huán)參數(shù)，首次采用了單元體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，大量選用輕質(zhì)高強度材料，配合先進(jìn)的工藝流程加工制造。例如鈦合金用量就達(dá)到整機質(zhì)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(huán)火焰筒等。雖然整機級數(shù)略多（共17級），但發(fā)動機仍能保持較輕的重量。

由于空軍要求的開發(fā)進(jìn)度過于緊張，預(yù)算相對不足，PW公司在處理不可避免的技術(shù)問題方面捉襟見肘，進(jìn)度不斷拖延，經(jīng)費不斷攀升。雖然技術(shù)人員傾盡全力，仍未能解決全部問題。如此狀態(tài)下匆忙投入使用的F100發(fā)動機在使用過程中問題不斷，讓名揚天下的F-15“鷹”式戰(zhàn)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(fēng)范。這些問題主要體現(xiàn)在發(fā)動機可靠性、耐久性方面。壓氣機接連發(fā)生滯止失速、渦輪超溫導(dǎo)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(zhàn)機出勤率，甚至?xí){到飛行安全，特別是單發(fā)的F-16戰(zhàn)機，一旦出事，后果不堪設(shè)想。

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

使用中，F(xiàn)100出現(xiàn)的種種問題使PW公司和F100發(fā)動機飽受批評。而對F100在使用中出現(xiàn)的問題，PW公司最初的態(tài)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(xí)慣”，表示“飛行員的粗暴操作和不良習(xí)慣”致使發(fā)動機工作狀態(tài)超出了F100發(fā)動機的設(shè)計考慮。所以，這個責(zé)任不能由PW公司承擔(dān)。美國空軍對這種推諉責(zé)任的說法十分不滿。美國空軍的一位負(fù)責(zé)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(fā)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(dǎo)我們這個產(chǎn)品不能干這個，不能干那個！”

如此情形，PW公司依仗F100發(fā)動機是當(dāng)時唯一的第3代發(fā)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(zé)任，實在不行就用一些應(yīng)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(jīng)過條文合同規(guī)定下來，在美國一切爭議都以合同為依據(jù)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(fā)動機出勤率下降帶來的對備用發(fā)動機數(shù)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(jīng)過談判共同分?jǐn)偂?/p>

說實話，能讓當(dāng)時世界第一、且在現(xiàn)在以后很長一段時間里都是世界第一的美國空軍低頭認(rèn)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(tài)度，堅持認(rèn)為F100發(fā)動機出現(xiàn)的問題都是由軍方使用不當(dāng)、都是空軍自己認(rèn)識不清所以未能提前提出準(zhǔn)確的技術(shù)要求所致，拒絕了心高氣傲的軍方分?jǐn)偝杀镜奶嶙h。雖然美國軍方與PW公司進(jìn)行多次談判商議，也無法達(dá)成共識讓PW公司分?jǐn)偝杀?。由于發(fā)動機頻繁出現(xiàn)事故，F(xiàn)-15戰(zhàn)機大面積停飛，造成嚴(yán)重后果。在1978—1979年短短兩年里，出廠的F-15戰(zhàn)機甚至長期沒有安裝動力系統(tǒng)，成為名符其實的“空心戰(zhàn)鷹”。后來生產(chǎn)情況有所好轉(zhuǎn)，但發(fā)動機產(chǎn)量不足困擾了空軍相當(dāng)長的時間。這種情況讓空軍苦不堪言，夸耀半天的主力戰(zhàn)機成為中看不中用的“機庫皇后”，這讓美國政府和國會側(cè)目而視，特別是額外增加的大量維護(hù)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(dá)到了忍無可忍的爆發(fā)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(zé)對方，一時間震動了美國國會。

此次聽證會后，針對F100發(fā)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(fù)責(zé)的態(tài)度。他們認(rèn)識到大推力渦扇發(fā)動機只控制在一個不負(fù)責(zé)任、利用行業(yè)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(xiàn)象再次發(fā)生。于是，美國空軍立刻改弦更張，一方面給PW公司改進(jìn)完善的機會，勉強繼續(xù)提供經(jīng)費讓其修改解決問題，并嚴(yán)肅敦促PW公司認(rèn)真解決；另一方面，在國會上強烈要求開展“戰(zhàn)斗機候補發(fā)動機”計劃。這個時期，美國海軍的F-14戰(zhàn)機的正選動力F100的海軍版F401也是問題不斷。海軍在扔了數(shù)億美元后，同樣無法得到可靠工作的發(fā)動機。最終美國海軍公開放棄F401發(fā)動機。同仇敵愾的美國空海軍迅速聯(lián)手起來，大力推動“戰(zhàn)斗機候補發(fā)動機”競標(biāo)項目在國會通過。

1979年，美國空軍開始推行“戰(zhàn)斗機候補發(fā)動機”項目的競標(biāo)計劃，大力扶持PW公司的強勁對手——美國的另一家航空發(fā)動機巨頭GE公司。GE公司本來在第3代發(fā)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(fā)動機上的不作為行為。隨著“戰(zhàn)斗機候補發(fā)動機”計劃的深度推進(jìn)，PW公司一改過去的態(tài)度，全力推進(jìn)F100發(fā)動機的技術(shù)攻關(guān)項目。

筆者花了這么多筆墨介紹當(dāng)年的發(fā)動機大戰(zhàn)，是想告訴讀者無論哪個行業(yè)，競爭機制都是十分重要的促進(jìn)因素。在當(dāng)今競爭更為激烈的市場經(jīng)濟(jì)時代，這種機制更是推動某一行業(yè)強者更強的唯一途徑。這對我國的航空工業(yè)發(fā)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(zhàn)下，立刻調(diào)動精銳力量對F100發(fā)動機進(jìn)行卓有成效的改進(jìn)完善。

F100發(fā)動機型號衍生計劃（EMDP）

服役初期，PW公司傲慢的態(tài)度讓其喪失了作為空軍第3代戰(zhàn)機發(fā)動機唯一供應(yīng)商的優(yōu)勢地位。在GE公司的F110發(fā)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(hù)性方面的問題。

其實早在F100發(fā)動機設(shè)計定型后不久，PW公司便展開了“部件性能改進(jìn)計劃”（CIP）。該計劃針對型號服役后發(fā)生的問題，由PW公司和軍方聯(lián)合攻關(guān)，取得了一定的成效。幾年里通過改進(jìn)材料，更換零部件，修訂維護(hù)程序，改善了發(fā)動機的維護(hù)性。比較突出的壓氣機滯延失速事故發(fā)生數(shù)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(fā)動機的驗收工作、耐久性工作也展開。F100發(fā)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(xù)延長到1000小時。但這些改進(jìn)措施并不能徹底改變F100在可靠性、耐久性、可維護(hù)性和操作/適應(yīng)性方面的根本問題，且PW公司在此前的不作為態(tài)度讓F100發(fā)動機這4項性能的提升更是相當(dāng)?shù)木徛?/p>

1978年，美國空軍決定實施“發(fā)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(fā)動機進(jìn)行大規(guī)模改造。可見，這個項目就是在技術(shù)研究與全尺寸發(fā)展之間搭建的一座“橋梁”；1979年，美國空軍推行“戰(zhàn)斗機候補發(fā)動機”，大大改善了PW公司以前的那種“皇帝女兒不愁嫁”的態(tài)度。PW公司十分積極地在1979年7月與軍方簽訂了F100發(fā)動機的衍生發(fā)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(fā)動機乃至PW公司的聲譽，成為新型戰(zhàn)機F-15和F-16的標(biāo)準(zhǔn)動力。而后者雖因種種原因并未裝備戰(zhàn)機，但作為EMD科研計劃，最終結(jié)晶為F100后續(xù)改進(jìn)計劃提供了理想的發(fā)展平臺，直接促進(jìn)了F100-PW-229（PW1129）項目的誕生。

F100EMD的研制工作前后經(jīng)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(jìn)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(jìn)行了約250小時的地面臺架試驗，其中包括50小時相當(dāng)于300個累計循環(huán)（TAC）的加速任務(wù)試車（AMT），考核新部件的耐久性。在試車中，新部件并未發(fā)生耐久性故障。PW公司見耐久性方面優(yōu)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(fā)展中心（AEDC）的高空試驗艙內(nèi)進(jìn)行。試驗共進(jìn)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(xiàn)的飛行包線某些區(qū)域內(nèi)、加力燃燒室低頻嗡鳴（這是一種比較危險的伴隨燃燒室產(chǎn)生的中低頻聲學(xué)現(xiàn)象，可能導(dǎo)致燃燒室熄火）的油氣裕度小的情況，改用平行進(jìn)氣方案，并改進(jìn)火焰穩(wěn)定器和隔熱襯筒，徹底解決了問題，使F100達(dá)到了20%的油氣裕度。

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

當(dāng)然，F(xiàn)100可操作性的改善和發(fā)動機數(shù)字電子控制系統(tǒng)（DEEC）密不可分。因為，發(fā)動機的數(shù)控系統(tǒng)能迅速準(zhǔn)確可靠地獲取有關(guān)飛機的發(fā)動機以及大氣條件等多項參數(shù)，并進(jìn)行快速分析、處理等程序。DEEC能夠隨參數(shù)變化迅速選取最適合的調(diào)節(jié)規(guī)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(jù)第一階段取得成果，第二階段以第一階段為基礎(chǔ)，提出了眾多的改進(jìn)技術(shù)，要求新機型能滿足該發(fā)動機的安裝條件。發(fā)動機熱端部件檢修間隔不少于1800TAC。

這些技術(shù)主要有：

A、改進(jìn)高壓壓氣機的氣動設(shè)計，擴大穩(wěn)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(dǎo)向葉片，讓渦輪進(jìn)口溫度比基本型提高了37.7℃；

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

F、換上全新設(shè)計的3級軸流式風(fēng)扇，轉(zhuǎn)子葉片為寬弦葉形、電子束焊接的整體轉(zhuǎn)子。

由于大量新技術(shù)的采用，第二階段的F100發(fā)動機改進(jìn)很大，試驗科目和試車時數(shù)均大幅度增加。其中整機試車就高達(dá)2200小時，但無論是地面試車還是飛行試驗，F(xiàn)100EMD都表現(xiàn)出出色的操作適用性能。這讓“機庫皇后”F-15戰(zhàn)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(jīng)驗教訓(xùn)，美國空軍在20世紀(jì)70年代末提出大幅延長發(fā)動機使用壽命的要求。因此，F(xiàn)100EMD重新制定了耐久性目標(biāo)——最具代表性的指標(biāo)“核心機檢修間隔”從原來的180TAC提到了4000TAC，相當(dāng)于2000小時或外場使用9年時間。

為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，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(shù)：如雙層氣膜冷卻通道滾壓成型、無煙的燃燒室；先進(jìn)的PWA1480單晶鑄造渦輪葉片，葉片內(nèi)部為多流路冷卻通道，應(yīng)用激光打孔技術(shù)加工氣膜；按損傷容限原則設(shè)計的渦輪盤、輪盤模板與輪緣上都設(shè)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(shù)的應(yīng)用，理論上提高了F100發(fā)動機的壽命和高可靠性能，但只有通過大量的嚴(yán)格測試后才能知道具體的實際情況。其中最具挑戰(zhàn)性的試驗項目當(dāng)屬“加速任務(wù)試車”（ AMT）。AMT試驗與傳統(tǒng)試車試驗相比，試驗時數(shù)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(jìn)行AMT試驗，驗證提高渦輪進(jìn)口溫度后的性能，試驗時長2000TAC。1985年，PW1128開始進(jìn)行4000TAC的AMT和200小時的高空模擬試驗。

采用一系列新技術(shù)打造的PW1128核心機通過了AMT項目的嚴(yán)格考驗，證明F100發(fā)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(dāng)時最先進(jìn)的長壽命、高可靠性第3代航空發(fā)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，F(xiàn)100-PW-220全尺寸發(fā)展合同簽訂，1985年3月完成設(shè)計定型；1986年6月首批生產(chǎn)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(fā)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(biāo)的實現(xiàn)。這也為F100-PW-220型保留了較大的改進(jìn)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(fā)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(xiàn)-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，F(xiàn)100-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(fā)動機，而不是PW公司的發(fā)動機。

F100-PW-220雖遭美國海軍拋棄，但隨著F-15戰(zhàn)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(jù)許可證生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)支持。1981年，第一臺發(fā)動機組裝完成并交付，型號為F100-IHI-100，配裝空中自衛(wèi)隊的F-15J戰(zhàn)機，以后這型發(fā)動機被升級為P100-IHI-220E。按照當(dāng)初約定，日本雖然許可生產(chǎn)每臺發(fā)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(fā)動機國產(chǎn)化率已經(jīng)達(dá)到了78%。不過剩下的22%乃是F100發(fā)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(jìn)型發(fā)動機（IPE）——F100-PW-229（PW1129）

為了扭轉(zhuǎn)F100-PW-100發(fā)動機的不佳表現(xiàn)，PW公司利用PW1128驗證機開發(fā)了F100-PW-220型，徹底打了翻身仗，重返戰(zhàn)斗機動力的巔峰。然而，PW公司自己前期多年的不負(fù)責(zé)作風(fēng)給了GE公司可乘之機。而隨著F110系列發(fā)動機的逐漸成熟，嚴(yán)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(yīng)付老對手的挑戰(zhàn)，PW公司決定以F100-PW-220型為基礎(chǔ)，結(jié)合改進(jìn)的PW1128部件以及預(yù)研技術(shù)來研制“性能改進(jìn)型發(fā)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(chǔ)，研制F-15E雙重任務(wù)戰(zhàn)斗機。而F-16也改進(jìn)改型了新版F-16Block52戰(zhàn)斗機。這兩款新戰(zhàn)機的性能均有著大幅度的提高，需要性能更加優(yōu)異的發(fā)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(xù)向新的高峰發(fā)起沖擊。

如此形勢下，PW公司自不甘落后，以F100-PW-220型為基礎(chǔ)，利用眾多新技術(shù)進(jìn)行升級改型。

A、風(fēng)扇與高壓壓氣機

新風(fēng)扇是以F100-PW-220型風(fēng)扇為基礎(chǔ)，結(jié)合EMD部件發(fā)展而來。風(fēng)扇單元以鈦合金為主要材料制造；3級轉(zhuǎn)子采用電子束焊接工藝，并經(jīng)精加工與表面噴丸處理成型；前兩級風(fēng)扇葉片上設(shè)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(dǎo)葉）。

風(fēng)扇采用小直徑的輪轂（降低輪轂比）以在進(jìn)口直徑不變的前提下提高空氣流量，流量增加了8%。新設(shè)計風(fēng)扇在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有較高的喘振裕度，可保證發(fā)動機在各瞬變過程中穩(wěn)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(jīng)受了大量嚴(yán)格部件與整機的試驗（通過8000TAC試車考核），達(dá)到了很高的耐久性水平。

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

B、短環(huán)形、浮動壁主燃燒室

燃燒室的科技含量是最能體現(xiàn)科研實力的地方。PW公司在研發(fā)F100-PW-220型時就已經(jīng)開始與軍方合作研制第4代航空發(fā)動機F119、F135，且已取得階段性成果。PW公司把應(yīng)用到第4代發(fā)動機的燃燒室技術(shù)——浮動壁主燃燒室首次應(yīng)用到大型軍用發(fā)動機上。由于運用了先進(jìn)的擴壓器技術(shù)，火焰筒長度比F100-PW-220型更短。但分布系數(shù)、排放指標(biāo)、再點火高度等關(guān)鍵性指標(biāo)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(fù)荷、跨聲速渦輪

在渦輪盤這個關(guān)鍵技術(shù)上，PW公司一點也不敢大意，沒有隨意改變渦輪級數(shù)，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(jìn)口溫度約1700K），負(fù)荷加大。在負(fù)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(jìn)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(chǎn)生的應(yīng)力，保證發(fā)動機長壽命和低故障率的設(shè)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(tǒng)（IDEEC）

PW公司首開使用DEEC先河，是提高F100操作性的關(guān)鍵法寶之一。經(jīng)過十余年的技術(shù)積累，其在DEEC上的造詣更深。當(dāng)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(fā)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(shù)據(jù)總線，加快了數(shù)據(jù)傳輸速度。IDEEC不僅滿足F100-PW-229型的控制要求，還能適應(yīng)發(fā)動機的持續(xù)增長，配合推力矢量技術(shù)的應(yīng)用。后來，F(xiàn)-22戰(zhàn)機的電子控制系統(tǒng)就是由IDDEC改進(jìn)而來。

與F100-PW-220型相比，這些新技術(shù)的采用讓F100-PW-229型在具有相同尺寸、結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jìn)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，F(xiàn)100-PW-229型正式裝備部隊，截止到現(xiàn)在，F(xiàn)100-PW-229型已服役了20余年，隨著F-15、F-16戰(zhàn)機征戰(zhàn)在世界許多國家與地區(qū)。這一切的成功足以證明F100-PW-229發(fā)動機的設(shè)計之先進(jìn)、PW公司技術(shù)實力之強悍。

F100發(fā)動機的終極改進(jìn)型——F100-PW-229A、F100-PW-232及F100發(fā)動機的未來發(fā)展

20世紀(jì)80年代初，美國空海軍正式提出要求，開發(fā)用于取代F-15和F-14戰(zhàn)機的新一代戰(zhàn)斗機及相應(yīng)的發(fā)動機。雖然海軍最后退出這個計劃，但空軍仍繼續(xù)推進(jìn)自己的“先進(jìn)戰(zhàn)斗機計劃”（ATF）。這一計劃的最終結(jié)果就是后來“獨孤求敗”多年的F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機。作為鶴立雞群的第4代戰(zhàn)斗機的“心臟”，美國空軍提出的主要技術(shù)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(yè)“動力先行”的發(fā)展慣例，早在ATF計劃競標(biāo)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(fā)項目。這些項目中有海軍領(lǐng)導(dǎo)的“先進(jìn)發(fā)動機研究計劃”（ATES）和飛機推進(jìn)分系統(tǒng)綜合計劃。其中后者包含一個“聯(lián)合技術(shù)演示發(fā)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(jìn)發(fā)動機技術(shù)。PW公司開始關(guān)注對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子計劃，GE公司則驗證了包括變循環(huán)發(fā)動機技術(shù)在內(nèi)的一系列方案。

在ATES研究之后，美國又進(jìn)行了“戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)推進(jìn)評估”研究計劃。這項研究中發(fā)動機研制方和飛機研制方被配成組，進(jìn)行進(jìn)一步的計劃研究。這一階段GE公司決定利用變循環(huán)發(fā)動機概念；而PW公司則決定采用對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子低涵道比渦扇發(fā)動機。1983年9月，美國分別與PW公司 和GE公司簽署了協(xié)議，開發(fā)一臺地面測試用樣機，樣機推力需達(dá)30000磅力（約133.4千牛），采用二元矢量噴管，使對應(yīng)的戰(zhàn)機方案具備超聲速巡航能力。此后，美國政府對性能指標(biāo)又做了幾次調(diào)整，飛機研制方也對發(fā)動機施加了重大影響。1985年，美國空軍進(jìn)一步壓低了單價，對發(fā)動機提出了更為嚴(yán)苛的低可探測性要求。1986年，空軍提出發(fā)動機廠商必須在最終選定承包商開始工程制定開發(fā)之前對演示樣機進(jìn)行飛行測試。1987年，PW公司和GE公司結(jié)合整機設(shè)計情況，又把性能指標(biāo)提高到了35000磅力（約155.7千牛），以適應(yīng)戰(zhàn)機的要求。然后，兩家公司進(jìn)入各自的技術(shù)攻關(guān)階段。在這最后的決戰(zhàn)中，GE公司堅持高技術(shù)、高風(fēng)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(wěn)打穩(wěn)扎，采用成熟但整體性能遜于GE公司方案。

1991年4月，經(jīng)過多輪的測試后，空軍宣布選擇洛克希德團(tuán)隊和PW公司發(fā)動機團(tuán)隊勝出。這就是后來第一款第4代發(fā)動機——F119-PW-100，于1997年完成首飛。之后，PW公司 團(tuán)隊乘勝追擊，以F119發(fā)動機為基礎(chǔ)，對噴口、風(fēng)扇、控制系統(tǒng)及其他部件進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整和改動以適應(yīng)JSF項目（后來的F-35戰(zhàn)機）的需要，產(chǎn)生了F135發(fā)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(zhàn)機動力系統(tǒng)的同時，又一次壟斷了新一代戰(zhàn)機的動力系統(tǒng)，也對美國空軍戰(zhàn)機的動力系統(tǒng)再一次形成了絕對的壟斷。這種重現(xiàn)20年前近乎壟斷的局面，引起了美國政府的巨大擔(dān)憂。當(dāng)年P(guān)W公司近乎無賴的做法讓美國空軍顏面掃地，對這種教訓(xùn)是記憶猶新。因此，美國許多官員提出在發(fā)動機研發(fā)采購中應(yīng)引進(jìn)更多的競爭，并應(yīng)該繼續(xù)支持失敗的GE公司，對PW公司進(jìn)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(fā)動機計劃”（IHPTET），傾以巨資，或明或暗地扶持GE公司。IHPTET計劃將現(xiàn)役的軍用渦扇發(fā)動機的推重比提高近一倍，將生產(chǎn)和維護(hù)成本降低35%。同時，也從另一角度扶持GE公司，在航空工業(yè)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(fā)動機研發(fā)的細(xì)節(jié)，是想通過美國的先進(jìn)經(jīng)驗對我國的航空發(fā)動機工業(yè)的研究起到借鑒作用。當(dāng)美國啟動第4代發(fā)動機計劃時，我國卻因引進(jìn)“斯貝”發(fā)動機，放棄了基本成熟的WS-6發(fā)動機。同時，美國的良好競爭體制，是市場經(jīng)濟(jì)下各個行業(yè)走向強大的保證。當(dāng)然，這一切的競爭必須掌控在政府的先期戰(zhàn)略規(guī)劃中。這一點很值得我們參考。

PW公司又一次贏得“發(fā)動機大戰(zhàn)”的同時，并未放棄對現(xiàn)役發(fā)動機的升級改進(jìn)計劃。特別是利用第4代發(fā)動機計劃改進(jìn)現(xiàn)役發(fā)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(chǎn)物。F100-PW-229A型利用F119的風(fēng)扇設(shè)計技術(shù)，將風(fēng)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(fēng)扇經(jīng)受住了1.14千克的鳥撞試驗，發(fā)動機仍能正常工作，推力也沒有下降）。因風(fēng)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(jìn)口溫度（50℃），熱端部件檢修間隔從4300TAC延長到了6300TAC。第一級風(fēng)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(jié)構(gòu)，減少了零件數(shù)目。進(jìn)氣機匣采用整體鑄造帶固定支板結(jié)構(gòu)。此一項技術(shù)就減少了300多個零部件，一定程度上抵消了因采用增強結(jié)構(gòu)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(fēng)扇也取消了傳統(tǒng)的進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉，簡化了維護(hù)，提高了可靠性。

1991年10月，首臺F100-PW-229A發(fā)動機樣機開始試車。1992年3月，在性能試驗中，推力達(dá)到了165.1千牛（這一結(jié)果是在模擬飛行高度10970米、馬赫數(shù)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(jìn)行無約束操作；推力瞬變比同代最好的發(fā)動機快50%，從慢車到最大加力只需2秒；先進(jìn)的氣動設(shè)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(diào)整功能）。此外，新機在450小時試驗中，證明了所有結(jié)構(gòu)和性能要求均符合要求，一款性能更加優(yōu)異的發(fā)動機就此誕生。

PW公司本打算將F100-PW-229A型投放市場，繼續(xù)為公司博得更多利益，特別是當(dāng)時阿聯(lián)酋訂購的F-16E/F戰(zhàn)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(zhǔn)了美軍大量現(xiàn)役的F-15、F-16戰(zhàn)機，希望軍方有換發(fā)的計劃。然而，由于冷戰(zhàn)的結(jié)束，大量本來就已經(jīng)領(lǐng)先的F-15和F-16戰(zhàn)機換發(fā)計劃也就不是那么迫切了。所以，F(xiàn)100-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(jì)初，PW公司在其網(wǎng)站上公布了一款新型發(fā)動機——F100-PW-232。從PW公司發(fā)動機以往的慣例可知，該機的推力應(yīng)達(dá)到142KN。F100-PW-232型同樣大量應(yīng)用F119發(fā)動機的技術(shù)，增大直徑、提高流量，涵道比降到0.34，而整機質(zhì)量提高到1859千克。核心機的主要部件經(jīng)過改進(jìn)增強，提高耐久性和可靠性；加力燃燒室采用先進(jìn)的旋流式設(shè)計；尾噴管可有多種選擇方案，包括F119發(fā)動機的矢量噴管；IDDEC又重新進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。一句話，F(xiàn)100-PW-232型發(fā)動機是PW公司僅次于F119和F135發(fā)動機的第三號頂級發(fā)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(jīng)將發(fā)動機研發(fā)計劃傾向于第4代發(fā)動機的深度發(fā)展上，并展望未來新一代發(fā)動機。對現(xiàn)役型號發(fā)動機的重點工作轉(zhuǎn)變?yōu)檠娱L服役周期，降低全壽命成本，不會輕易采用新型的F100發(fā)動機系列。因此，PW公司要想繼續(xù)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(fā)的這臺劃時代的第3代航空發(fā)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(yuǎn)不死，只是逐漸凋零?。ㄎ赐甏m(xù)）