發(fā)動(dòng)機(jī)拖累飛機(jī)研制的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

在飛機(jī)研制過(guò)程中，因發(fā)動(dòng)機(jī)選擇不慎造成的不良后果確有很多。作為波音歷史上最大一次賭博的波音747就是典型例子。該公司當(dāng)年在研制該機(jī)時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)用戶的要求不斷增加飛機(jī)的重量，結(jié)果讓當(dāng)時(shí)該機(jī)的唯一發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商普惠公司不斷抱怨飛機(jī)的重量大大超過(guò)了JT9D的能力。因后者一時(shí)無(wú)法解決世界上首臺(tái)為客機(jī)研發(fā)的高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)存在的問(wèn)題而按時(shí)交付，造成最初生產(chǎn)的波音747為維持機(jī)體的平衡，不得不在許多飛機(jī)的機(jī)翼下懸掛上了水泥塊兒。隨后發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)題頻發(fā)、航班延誤等，幾乎把波音公司推向了絕境。印度的LCA輕型戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃確定原型機(jī)采用F404-F2J發(fā)動(dòng)機(jī)，批生產(chǎn)型將采用本國(guó)研制的GTX-35VS渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。由于印度政府在1998年間連續(xù)進(jìn)行核試驗(yàn)，美國(guó)政府于當(dāng)年5月禁止美國(guó)公司繼續(xù)參與該項(xiàng)目，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)支援方面。雖然此時(shí)LCA的大部分關(guān)鍵工作已經(jīng)完成，但該項(xiàng)目卻被延誤數(shù)年時(shí)間。后來(lái)，印度不得不將自行研制的發(fā)動(dòng)機(jī)移交給俄羅斯進(jìn)行為期兩年的測(cè)試工作。結(jié)果，這種1990年完成初步設(shè)計(jì)、1995年首架原型機(jī)制造完畢的戰(zhàn)斗機(jī)，直到現(xiàn)在才開始裝備部隊(duì)。

上述項(xiàng)目的進(jìn)展還算是幸運(yùn)的，因發(fā)動(dòng)機(jī)羈絆飛機(jī)前途的事例還有很多。20世紀(jì)50年代初期，米高揚(yáng)設(shè)計(jì)局開始研制一系列的重型截?fù)魴C(jī)。第一個(gè)出場(chǎng)的就是E-150，但該機(jī)使用的R-15-300發(fā)動(dòng)機(jī)自從設(shè)計(jì)之日起就一直受到可靠性問(wèn)題的困擾，造成飛機(jī)項(xiàng)目進(jìn)展遲緩，而隨后研制的E-152也遇到了同樣問(wèn)題。盡管米高揚(yáng)設(shè)計(jì)局研制的該系列戰(zhàn)斗機(jī)性能優(yōu)異，無(wú)奈受發(fā)動(dòng)機(jī)拖累，蘇聯(lián)國(guó)土防空軍只好選擇了使用 AL-7F 發(fā)動(dòng)機(jī)的圖-128遠(yuǎn)程截?fù)魴C(jī)。而在地球的那一邊，加拿大于1953年開始研制的CF-105“箭”重型戰(zhàn)斗機(jī)，同樣因選用發(fā)動(dòng)機(jī)不當(dāng)以及政治方面的原因，使這個(gè)加拿大航空工業(yè)最為壯麗的篇章過(guò)早地成為少數(shù)人的記憶。冷戰(zhàn)時(shí)期，鐵幕兩邊的軍事力量不僅大力發(fā)展戰(zhàn)略轟炸機(jī)，還在積極研究如何應(yīng)付對(duì)方的空襲。當(dāng)時(shí)許多國(guó)家都在探尋使用三臺(tái)甚至更多發(fā)動(dòng)機(jī)的垂直起降飛機(jī)方案，例如德國(guó)的VAK-191B、法國(guó)的“幻影”ⅢV和“巴爾扎克”，采用了三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)甚至八臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，造成結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，難以投入使用。而英國(guó)布里斯托爾公司另辟蹊徑，僅用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)就可實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗機(jī)的垂直起降。正是使用一臺(tái)“飛馬”發(fā)動(dòng)機(jī)，奠定了“鷂”式飛機(jī)家族數(shù)十年的輝煌，而其他機(jī)型只能是過(guò)往煙云。20世紀(jì)七八十年代，波音公司和麥道公司幾乎在同一時(shí)刻開始研制采用GE36或578-DX槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置的新一代150座級(jí)客機(jī)。由于槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用民航客機(jī)上還有許多問(wèn)題需要解決，其中最關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題是發(fā)動(dòng)機(jī)引起的結(jié)構(gòu)聲疲勞、客艙及環(huán)境的噪聲問(wèn)題。加上發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和試驗(yàn)遇到困難，不能按期交付，波音公司只好終止了波音7J7項(xiàng)目，而麥道公司只好將MD-90換成渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)……

許多讀者或許對(duì)以上舉例不會(huì)有太多的感受，但對(duì)于國(guó)內(nèi)因發(fā)動(dòng)機(jī)原因?qū)е嘛w行器遲遲不能裝備部隊(duì)，或者干脆夭折的例子，無(wú)不有切膚之痛。例如：

“飛豹”轟炸機(jī)于1998年定型之際，該機(jī)使用的“斯貝”發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化工作已經(jīng)停頓多年。直到1999年因該機(jī)表現(xiàn)良好需要升級(jí)改進(jìn)，有關(guān)方面才意識(shí)到該機(jī)已經(jīng)沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)可用，不得不著手“斯貝”的國(guó)產(chǎn)化。然而遠(yuǎn)水不解近渴，不得不從英國(guó)購(gòu)買二手“斯貝”。直到2003年，已被稱為“秦嶺”的國(guó)產(chǎn)化“斯貝”終于設(shè)計(jì)定型。如若不然，“飛豹”將因發(fā)動(dòng)機(jī)的荒廢而影響其發(fā)展前景。應(yīng)巴基斯坦要求研制的“梟龍”戰(zhàn)斗機(jī)的前身超七，一開始巴方就基本鎖定F404，期間也有考慮PW1216或RB199發(fā)動(dòng)機(jī)。由于種種原因，與美國(guó)的合作計(jì)劃流產(chǎn)。后來(lái)在米高揚(yáng)設(shè)計(jì)局的參與下，并在選擇了RD93發(fā)動(dòng)機(jī)后，才使這一項(xiàng)目不致因?yàn)闊o(wú)合適的動(dòng)力裝置而夭折。至于殲10戰(zhàn)斗機(jī)，這個(gè)被無(wú)數(shù)國(guó)人引以為傲的第三代戰(zhàn)斗機(jī)，在“太行”發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)定型之前，只能依賴俄羅斯的AL-31發(fā)動(dòng)機(jī)。不僅如此，我國(guó)在20世紀(jì)80年代以后研制的K-8、L-15、運(yùn)12、“新舟”、新型直升機(jī)等諸型號(hào)，根本就沒(méi)有國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)可用。就在2008年，被視作為大型飛機(jī)專項(xiàng)熱身的ARJ21，卻因美國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商的緣故而推遲了首飛。

從技術(shù)角度看，飛機(jī)設(shè)計(jì)不外乎兩種主要的發(fā)展思路：根據(jù)對(duì)飛機(jī)的技戰(zhàn)術(shù)要求選定合適的發(fā)動(dòng)機(jī)，或在已有或正在研制的發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上確定飛機(jī)的布局和各項(xiàng)性能。由于飛機(jī)設(shè)計(jì)是一極復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由兩種思路決定的發(fā)展戰(zhàn)略及面臨的諸多風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有一般人想象的那樣簡(jiǎn)單，對(duì)于飛機(jī)設(shè)計(jì)師而言，則要根據(jù)本國(guó)航空工業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)和科技發(fā)展水平來(lái)進(jìn)行權(quán)衡。

根據(jù)飛機(jī)的諸項(xiàng)性能指標(biāo)確定合適的發(fā)動(dòng)機(jī)

此種方法就是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)用戶的使用需求，確定即將研制飛機(jī)的諸項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，然后選擇已有的發(fā)動(dòng)機(jī)或確定即將研制發(fā)動(dòng)機(jī)的各種技術(shù)參數(shù)等。美國(guó)的F-15、F-22戰(zhàn)斗機(jī)，歐洲的幾款第三代戰(zhàn)斗機(jī)，L-1011“三星”客機(jī)、C-5和A400M運(yùn)輸機(jī)等皆是典型代表。

1965年，美國(guó)空軍開始考慮研制替代F-4的以制空為主要任務(wù)的F-15戰(zhàn)斗機(jī)。1968年9月，正式確定了采用雙發(fā)布局、可遠(yuǎn)程飛行、高推重比、在廣闊速度范圍內(nèi)具有充分的能量機(jī)動(dòng)能力等技術(shù)要求。為此，美軍提出了研制性能優(yōu)于F-14所用TF30的大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。1970年3月，空軍宣布普惠公司研制的F100發(fā)動(dòng)機(jī)成為新型戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力裝置。冷戰(zhàn)末期，歐洲數(shù)國(guó)開始考慮共同研制一種能夠?qū)姑赘?29和蘇-27的戰(zhàn)斗機(jī)。歐洲戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃參與國(guó)就機(jī)體大小的選擇上，綜合考慮了成本與性能的平衡問(wèn)題，將新型戰(zhàn)斗機(jī)“臺(tái)風(fēng)”確定為中型、雙發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)。為了使新型戰(zhàn)斗機(jī)擁有壓倒性優(yōu)勢(shì)，四國(guó)空軍要求為其研制的EJ200發(fā)動(dòng)機(jī)具有推重比大、重量與尺寸較小等特點(diǎn)。法國(guó)在退出該計(jì)劃之后，遂開始研制“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)。在此之前，可供第三代戰(zhàn)斗機(jī)使用的M53渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)盡管推力較大，但推重比僅有6.56，長(zhǎng)度超過(guò)5米。由于法國(guó)需要的是小于“幻影”4000、比“幻影”2000稍大的中型、雙發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)，需要重新研制一款中等推力、尺寸較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，由此產(chǎn)生了M88發(fā)動(dòng)機(jī)。

1960年，美國(guó)空軍提出C-5巨型運(yùn)輸機(jī)的研制計(jì)劃。正是這一要求導(dǎo)致了對(duì)日后軍民用運(yùn)輸機(jī)的發(fā)展具有重要影響的高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生，其直接成果就是TF39發(fā)動(dòng)機(jī)。不久，洛克希德公司為了研制“三星”三發(fā)寬體客機(jī)，需要一種推力達(dá)到180千牛的發(fā)動(dòng)機(jī)。為此，羅羅公司為其研制了日后著稱于世的RB211三轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。80年代初期，歐洲一些國(guó)家開始研究C-130和C-160的后繼機(jī)問(wèn)題。由于新型運(yùn)輸機(jī)載重量與最大起飛重量不是很大，出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，空中客車軍機(jī)公司最后決定A400M采用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)而非原先擬定的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。從此，歐洲數(shù)個(gè)國(guó)家聯(lián)合研制了TP400-D6渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。

飛機(jī)決定發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展道路，往往是根據(jù)飛機(jī)的總體要求，專門設(shè)計(jì)一型發(fā)動(dòng)機(jī)。例如美國(guó)在實(shí)施ATF計(jì)劃時(shí)，就同時(shí)為其研制了YF119、YF120兩種新型發(fā)動(dòng)機(jī)。在此情況下，新型發(fā)動(dòng)機(jī)能否跟上飛機(jī)的研制進(jìn)度便成了關(guān)鍵。否則，不如使用現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)踐證明：在航空工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，由飛機(jī)決定新型發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展道路存在較小的風(fēng)險(xiǎn)，成功的把握較大；但在工業(yè)比較落后的國(guó)家，此種方法存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。

依據(jù)已有或正在研制的發(fā)動(dòng)機(jī)決定飛機(jī)的氣動(dòng)布局和各項(xiàng)性能

在此種思路下，飛機(jī)設(shè)計(jì)師只能根據(jù)已有發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何尺寸與性能等來(lái)確定將要設(shè)計(jì)飛機(jī)的外形尺寸、起飛重量等。從這個(gè)意義上講，正是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步，才推動(dòng)航空工業(yè)的發(fā)展。

波音公司最初的B-52設(shè)計(jì)方案由于使用四臺(tái)T35渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)與B-36相比沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)，前景黯淡。在美國(guó)空軍的要求下，波音公司不得不采用J57渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然該發(fā)動(dòng)機(jī)能夠有效平衡其動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)性，但用于重型轟炸機(jī)的推力依然不足，最后不得不將B-52變?yōu)槭褂?臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的轟炸機(jī)。蘇聯(lián)當(dāng)初下達(dá)遠(yuǎn)程轟炸機(jī)的研制任務(wù)后，米亞西舍夫設(shè)計(jì)局推出了安裝4臺(tái)AM-3D渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的米亞-4轟炸機(jī)。但因發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率高、航程滿足不了要求而落敗。圖波列夫設(shè)計(jì)局在競(jìng)爭(zhēng)該項(xiàng)目時(shí)為了滿足航程要求決定采用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，正好庫(kù)茲涅佐夫設(shè)計(jì)局的HK-12大功率渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)在最需要的

時(shí)候誕生。假如沒(méi)有在速度與航程上達(dá)到完美平衡的世界上功率最大的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，蘇聯(lián)絕不可能在20世紀(jì)50年代中期產(chǎn)生能夠與B-52比肩的圖-95戰(zhàn)略轟炸機(jī)。如果沒(méi)有HK-12發(fā)動(dòng)機(jī)，蘇聯(lián)也不可能在60年代研制出當(dāng)時(shí)世界上最大的運(yùn)輸機(jī)安-22。同樣情況也發(fā)生在英國(guó)的SC.5“貝爾法斯特”運(yùn)輸機(jī)上。正是使用了4臺(tái)“苔茵”Mk101渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，該機(jī)的最大起飛重量達(dá)到139噸。

當(dāng)F-15重型戰(zhàn)斗機(jī)正在研制的時(shí)候，美國(guó)議會(huì)決定空軍在采購(gòu)一定數(shù)量成本高昂的F-15的同時(shí)，必須采購(gòu)低成本的輕型戰(zhàn)斗機(jī)。因此，空軍不得不發(fā)展一種與F-15高低搭配的輕型、低成本戰(zhàn)斗機(jī)。在YF-17與YF-16勝出后，美國(guó)空軍認(rèn)為YF-16除在技術(shù)、成本等因素占有一定優(yōu)勢(shì)外，在動(dòng)力裝置的選取上還占有更大的優(yōu)勢(shì)——和 F-15 的動(dòng)力裝置通用，可以簡(jiǎn)化后勤保障并降低采購(gòu)費(fèi)用，也能降低研制風(fēng)險(xiǎn)。因此，YF-16憑借動(dòng)力裝置的優(yōu)勢(shì)，贏得了勝利。

噴氣式客機(jī)的發(fā)展同樣有賴于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。波音公司研發(fā)B-52并將J57發(fā)動(dòng)機(jī)作為其動(dòng)力裝置的經(jīng)驗(yàn)，促成了C-135/波音707四發(fā)大型飛機(jī)的誕生。由此改變了大型飛機(jī)使用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)或渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史。當(dāng)羅羅公司研制出的世界首臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)“康維”于1957年定型后，首先被用于“勝利者”轟炸機(jī)。1958年開始設(shè)計(jì)的VC.10，被要求設(shè)計(jì)成能夠滿足洲際飛行的大型遠(yuǎn)程客機(jī)，出于航程與耗油率的考慮，維克斯公司決定為新型客機(jī)安裝4臺(tái)“康維”。受英國(guó)的影響，美國(guó)政府指令普惠和通用電氣公司立即研制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。前者對(duì)JT3C-7進(jìn)行改裝后于1958年完成了JT3D-1的設(shè)計(jì)。同年，裝在波音707上的試飛非常成功。與原準(zhǔn)機(jī)相比，新型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛推力提高了1/3，巡航耗油率降低了13%，噪聲減少10分貝。“康維”與JT3D均成為波音707與DC-8可供使用的發(fā)動(dòng)機(jī)之一。可以說(shuō)，美國(guó)的這兩種早期的四發(fā)噴氣客機(jī)之所以能夠一直生產(chǎn)到20世紀(jì)八九十年代，與發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步有很大關(guān)系。在20世紀(jì)60年代，高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，使波音747、“三星”、DC-10等寬體客機(jī)的研制成為可能。作為后起之秀的空中客車公司，當(dāng)年為了打入美國(guó)市場(chǎng)，決定其研制的第一種飛機(jī)采用美國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)時(shí)在美國(guó)已經(jīng)有比較成熟的、推力稍小一些的CF6和JT9D發(fā)動(dòng)機(jī)，因政治、經(jīng)濟(jì)等因素，空中客車公司選擇了CF6。如果沒(méi)有合適的發(fā)動(dòng)機(jī)，空中客車公司說(shuō)什么也不會(huì)上馬雙發(fā)的寬體客機(jī)。

在蘇聯(lián)運(yùn)輸機(jī)發(fā)展史上，也呈現(xiàn)出濃厚的由發(fā)動(dòng)機(jī)決定飛機(jī)的特點(diǎn)。例如，最大起飛推力為107.69千牛、安裝有反推力裝置的索洛維耶夫設(shè)計(jì)局研制的D-30KP有利保證了伊爾-76的成功；單臺(tái)推力達(dá)到229.5千牛的洛塔列夫設(shè)計(jì)局的D-18T發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅成全了安-124巨型運(yùn)輸機(jī)，還使成功研制更大更重的安-225成為可能。

在由發(fā)動(dòng)機(jī)決定飛機(jī)設(shè)計(jì)的情況下，往往是根據(jù)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)決定飛機(jī)的技術(shù)參數(shù)。也就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)飛機(jī)之前，已經(jīng)有了比較成熟的可供選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)踐證明：在設(shè)計(jì)一種飛機(jī)時(shí)選用已有發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)極其穩(wěn)妥的方法，成功的可能性更大一些。

現(xiàn)役飛機(jī)換裝發(fā)動(dòng)機(jī)

任何一種飛機(jī)在服役之后，因提高技戰(zhàn)術(shù)性能的需要，以及出于經(jīng)濟(jì)性、安全性等考慮，還需要更換其動(dòng)力裝置。這方面的例子不勝枚舉：

美國(guó)海軍的F-14B和F-14D戰(zhàn)斗機(jī)因換裝F110-GE-400發(fā)動(dòng)機(jī)，可謂如虎添翼。彈射起飛時(shí)無(wú)需使用加力推力，海平面條件下從慢車狀態(tài)加速到軍用推力只需4秒左右，從進(jìn)場(chǎng)狀態(tài)到最大推力的時(shí)間不超過(guò)2.5秒，攔截半徑較之F-14A延伸了62%，滯空時(shí)間增加34%，油門操縱不再有任何限制。美國(guó)海軍為了實(shí)現(xiàn)F-18E/F接替F-14戰(zhàn)斗機(jī)的目標(biāo)，主要通過(guò)換裝F414發(fā)動(dòng)機(jī)、加大機(jī)體尺寸來(lái)實(shí)施的。較之原先的“大黃蜂”， F-18E/ F的任務(wù)航程增加了41%，續(xù)航時(shí)間增加了50%。我軍的最新型轟6K“戰(zhàn)神”轟炸機(jī)，通過(guò)使用兩臺(tái)D-30 KPⅡ渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)更換原先的渦噴8發(fā)動(dòng)機(jī)，航程、載彈量等技戰(zhàn)術(shù)性能得到明顯改善。

美國(guó)的C-135系列飛機(jī)之所以能夠服役到現(xiàn)在，與多次更換發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)。例如，為了確?？哲姰?dāng)時(shí)裝備的650余架KC-135A在21世紀(jì)仍能使用，美國(guó)空軍為其選擇了F108-CF-100（CFM56-2-B1）高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，替換原先使用的J57-P-59W渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。改進(jìn)后的飛機(jī)改稱KC-135R。KC-135A攜帶 54432千克燃料的作戰(zhàn)半徑為1850千米，KC-135R在輸油量比KC-135A大幅增加的情況下，作戰(zhàn)半徑仍可達(dá)到4627千米。因此，2架KC-135R可以承擔(dān)3架KC-135A的工作量。

伊爾-76的最新型號(hào)之一MF型，通過(guò)換裝單臺(tái)推力156.9千牛的PS-90AN發(fā)動(dòng)機(jī)，最大載重量增至60噸，在搭載50噸貨物時(shí)的飛行距離大幅增加。