细侃航空发动机之番外一发动机大战.docx

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细侃航空发动机之番外一发动机大战

细侃航空发动机之番外一：

发动机大战

在前几章节，我们已经了解了美国的两大发动机巨头：

普拉特·惠特尼公司和通用电气公司。

既然是在一个国家的两家同行，那么相互之间的竞争必然是少不了的，而竞争的高潮部分便是发生在上世纪八十年代和今天的两次发动机大战，这两次发动机大战尤其以第一次发动机大战最值得玩味，也最具有借鉴意义，因为在这场激烈的较量中，参与其中的美国空军、通用公司和普惠公司三方没有一家是失败者，它不仅让美国空军得到了心仪的发动机，更极大地促进了两家公司的技术进步和创新。

话还得从美国空军在1966年启动的F-X战斗机项目说起，这个项目的大背景，就是曾经对自己信心满满的美国空军在越南战争中的惨痛教训，被寄予厚望的F-4、F-105等美国战斗机在苏制的米格-21、米格-17面前居然占不到明显的上风，反而经常被后者出其不意，要知道这还仅仅是一个小小的越南（当然，猴子你不是一个人在战斗，我们懂得），如果哪一天第三次蓝星拍砖大战真的爆发，美国空军的对手可是越来越咄咄逼人的苏联空军！

所以美国人在此次战斗机项目中痛下决心，抛弃了被证明是误区的“多用途战斗机”概念，宣称在未来F-X战斗机中“没有一磅重量用于对地攻击”，一定要打造出一架真正能在未来空战中获取先机的制空战斗机。

后面的故事大家或许都知道，1969年美国空军系统司令部宣布麦克唐纳.道格拉斯所提出的设计方案胜出，成为今天美国空军的主力制空战斗机F-15，而在相应配备的发动机型号的竞争中，普惠公司的F100发动机也战胜了通用电气的F101发动机获得了美国空军的大笔订单，而且更加令普惠公司振奋的是，美国空军为减轻后勤压力，为后来的F-16战斗机也选用了F100，这又将是一笔巨额的合同。

但是在F-15战斗机的初始型号F-15A进入美国空军服役之后，美国空军便发现配备F-15A的F100-PW-100发动机的故障率高的惊人，为F-15A“机库皇后”的外号做出了极大的贡献。

因为是世界上第一台推重比达到8级别的涡扇发动机，F100采用了大量新技术和制造工艺，所以在成熟度和完好率上出现问题也是理所应当，但是这种问题的确已经达到了无法让美国空军容忍的程度。

美国空军经过大量统计，发现F100的主要问题包括以下几点。

1.低压压气机叶片失速，这个问题在经常发生在飞行员打开发动机的加力燃烧室时，而要排除这个故障，飞行员必须关闭发动机然后将其重新启动，这样产生的发动机空中停车问题是非常危险的，尤其是采用了单发结构的F-16战斗机，重启发动机的过程将导致飞机处于无动力状态，这是一种非常危险的情况，经常会导致飞机坠毁。

2.涡轮叶片断裂，这个问题相对于第一个问题后果有时候会更加严重，因为发生断裂的叶片其转速高达3万转/分钟，断裂的叶片就像是一把把致命的飞刀，经常将发动机乃至F-15的后机身都打得破烂不堪，而且这种损伤旺旺是永久性的，由此产生的发动机报废也是一个非常令美国空军头疼的问题。

3.零部件寿命低于预期，这个问题有的时候甚至严重到一个零件直飞了短短的几十个小时就被迫需要更换，极大地增加了F100发动机的使用成本，使得F-15战斗机的日常使用开支长期处于超值情况，由此带来的维修时间成本也高的惊人，对F-15战斗机的出勤率有着极大的影响。

而对于这些问题，F100发动机的制造方普惠公司对此表现得非常消极，对于产品出现的问题，普惠公司往往以“飞行员粗暴操作和不良习惯”搪塞应付，而美国空军则对此坚称己方的训练完全是根据越战的教训大幅度改进和优化而来，一些看上去粗暴的操作实际上是非常必要的，一位美国空军的官员也对此直言不讳道：

“我们花了这么多钱让你们制造这台发动机，是要让你们保障我们能干什么，而不是让你们来教训我们这个不能干，那个不能干！

”但普惠公司也对此置之不理，坚持认为错误在美国空军一方，所以双方在此问题上你来我往，相互指责，一时间僵持不下。

而且，普惠公司在售后维修工作上的一些做法也令美国空军十分气恼，例如针对发动机叶片的断裂问题，普惠公司的解决办法仅仅是将发动机外部加盖了一层坚固的外衬，防止断裂的叶片飞出对飞机结构造成破坏，但是这样一来不仅增加了发动机的重量，影响了发动机的技术性能，还导致美国空军的维修人员不能按照以前检修发动机的办法从外部直接观察发动机，而必须要将发动机整机拆下进行检查，大大增加了后勤人员的工作量。

就这样一来二去，非但问题没有得到解决，反而愈演愈烈，美国空军的F-15机队开始出现大规模的停飞，也产生了大量新生产F-15无可用发动机的尴尬局面。

最终，忍无可忍的美国空军将此事告到了美国国会，希望利用国会的力量逼迫普惠公司就范，但是普惠公司哪里是好惹的主?

在国会里一些与普惠公司有密切友情往来的议员（不要想歪，我大冥煮兹油国家怎么会有权钱交易的肮脏事情呢）也针对空军的指责，连连以倾向性明显的问题刁难发问，而且普惠公司也亲自披挂上阵，派出专业的技术人员，仗着专业知识渊博和美国空军打起了嘴仗，一时间国会里乌烟瘴气，毫无解决问题的气氛。

这样的糟糕局面让美国空军意识到，这样与普惠公司这样消耗下去无异于问题的解决，还会更加助长普惠公司垄断地位和心理的增长，于是美国空军开始意识到在航空动力领域一个良性竞争的环境的必要性，开始在国会积极推动“战斗机候补动力”的竞标项目，并得到了同样备受F401发动机（F100发动机舰载版型号）困扰的美国海军的支持与加入，就这样，一向水火不容的美国海军和空军破天荒地在同一项军事装备项目上联起手来。

而与此同时，美国的另一家航空动力的企业——通用电气公司通过“战斗机候补动力”项目看到了商机。

通用电气本来为美国空军的下一代战略轰炸机B-1A提供编号为F101的大推力涡扇发动机，但是由于B-1A的下马，F101失去了装机对象，再加上原本就没有考虑过在战斗机上进行安装，F101也在先前的F-15、F-16战斗机的发动机子项目中落败于普惠的F100，但是通用公司高层并没有放弃F101，因为一旦F101无果而终，通用可能将永远退出战斗机用大推力涡扇发动机的制造领域，因此通用公司高层顶住了内部的压力，自筹了6.21亿美元继续完善F101项目，期间美国空军也给予了该项目少量的资助，但就是这样少量的资助却给予了通用极大的信心。

1976年，通用公司的F101X验证机试车成功，该验证机的大多数技术指标与F100相似，已经是一台完全标准的第三代大推力涡扇发动机。

被F100搞得焦头烂额的美国空军眼见到F101X的成功，立刻与通用公司签订了一份8000万美元的有限研制合同，用于生产三台发动机原型机，编号为F101DFE。

1980年，首架装配F101DFE的F-16A战斗机试飞成功，并表现出了良好的工作状况。

而这时眼见到F101DFE进展神速，普惠公司反倒开始坐立不安起来，一改先前的恶劣态度，开始向美国空军频频示好，表示如果美国空军取消“战斗机候补动力”项目，普惠公司将以优惠的价格向美国空军提供发动机及其配件服务，并保证将解决所有美国空军提出的发动机问题，完全否认了自己之前的所有托词。

而美国空军却对此很不感冒，因为如果美国空军此时真的取消竞争，不仅会将F101DFE这样一个前景光明的项目葬送，还会使普惠公司重新回到先前那种推诿扯皮的无赖状态。

而此时通用的F101DFE也不负重望，在接下来的众多测试中都表现出了及其优良的技术指标，明显优于问题百出的F100，美国空军先是以一份1.822亿美元的合同资助通用公司完成了按照美军1969年颁布的发动机完整性大纲所要求发动机测试科目的F101DFE，更是在1983年给予了这台发动机正式的编号：

F110-GE-100。

一个发动机行业的经典之作由此诞生。

随后，F110-GE-100不仅在美国空军的F-16上表现良好，也在美国出口在盟国的F-16型号上赢得了各国的交口称赞，目前最新型号的F110-GE-229还安装在了美国出口到新加坡、韩国的F-15战斗机上。

直到这个时候，前几年一直靠小打小闹小补丁对F100糊弄了事的普惠公司也终于认识到了问题的严重，也完全没有了原来行业垄断坐吃大户的悠闲自在，下决心一定要解决困扰F100多年的可靠性问题，而且不惜以一定的性能指标为代价。

具体措施包括：

重新设计寿命延长的核心机、换装单晶材料制造涡轮叶片、第一种用于战斗机发动机的全权限数字发动机控制系统（FADEC）、改进的加力燃烧室和燃油泵等，大幅度提高了发动机的可靠性和寿命，经过大量试验，新生产的F100-PW-220发动机在1986年投入使用，虽然推重比有一定下降，但是依靠着保持不变的全加力推力和高可靠性，F100发动机也终于走向了成熟，成为了表现优良的著名发动机，直到现在，美国空军的所有F-15战斗机都在使用F100发动机作为动力来源。

此，美国空军历史上第一次发动机大战基本上告于了段落。

回头品评这场不寻常的竞争，我们可以惊讶的发现，此次竞争中的三个主要参与者——美国空军、普惠公司、通用电气公司，都是这场竞争的受益者，美国空军得到了优良、可靠、耐用的第三代发动机，两家参与竞争的公司也都明显提高了自身的水准，而更重要的是通过这次发动机大战，美国也建立了一个由军方主导，多家公司参与的航空动力产业竞争机制，通过良性的竞争，相互促进自身的进步，不但能够大大的促进了美国航空动力产业的发展，还能够使美国军方始终能保持这航空动力产业的技术优势。

说到这里，很多人或许会提出一个观点：

美国可以通过建立良性的竞争体制，促进自身行业的发展，那么现在志在追赶世界先进水平的中国，是不是也该效仿美国这种竞争机制，来对我国航空动力产业进行改革？

针对这种观点，楼主也在此发表一点自己的看法：

1.美国能够建立起这样一种机制，其基础是美国国内从事于航空动力产业的两家公司都是世界级别的航空动力巨头，两家公司业务重叠且各有自身的技术优势，本身就拥有着非常好的技术基础，能够允许两家公司开展势均力敌的竞争，而且更重要的是，通用电气、普惠以及美国政府军方都是独立的经济与政治个体，相互之间没有众多的利益纠葛，出现恶性竞争的局面可能性非常小。

2.普惠公司和通用电气公司都是世界级别的航空动力巨头，两家公司不仅在军用航空动力领域屡有建树，而且最重要的是二者在民用航空动力领域也颇有造诣，依靠着全世界庞大的民用航空动力市场资源，两家公司在军用航空领域便没有了型号失败导致公司陷入困局的顾虑，例如在前面我们提到的通用电气公司竞标ATF和JSF两大项目均遭失败，但是这并没有影响通用电气公司的运营和技术研究。

因此，对于志在追赶世界航空动力先进水品，但是长久以来一直困扰于低起点、薄积累的中国，缺乏建立美国那样的良性竞争土壤，而且更重要的是，中国还没有足够的资源能够承受型号失败的挫折，航空动力产业强调高技术密集型的特点也同时注定了这个行业所要承担的风险也非同一般。

放眼全球，除了一家独大的美国，谁能够在第四代航空发动机的研制上敢于承担两个同型型号的平行推进研制，并且还能在货比两家中敢抛弃其中技术水准最高的一个？

虽然以发展的眼光来看，建立一个以技术前进为牵引、以型号竞争带动进步的机制的确是我们要努力的方向，但是对于中国这样的现状，现在这样集中力量办大事，以型号研制带动技术进步的路线仍旧是目前最适合中国国情的办法。

说的有点偏题了，第一次发动机大战的故事就给大家介绍到这里。

美国第二次发动机大战上次说到美国历史上的第一次发动机大战以一种皆大欢喜的结局收场，让参与其中的普惠、通用以及美国空军都各得其所，所以在三十年多年后的今天，这样一种近乎完美的行业竞争机制依旧是十分具有吸引力的，所以在F-35这个堪称世界头号传销诈骗案件中，自然就不会少了两家巨头的争奇斗艳，而且更令人瞩目的是，两位巨头之一的通用电气此次更是得到了实际上唯一能够与此二位相提并论的另外一家巨头——罗尔斯罗伊斯的鼎力支持，更让这次竞争吸引了众多关注然我们的故事还是要从二十年前的ATF项目说起，现在大家都知道这个项目现在演化成了独孤求败的F-22女皇殿下，而且在当年的发动机选型子项目中，普惠公司也再次以实而不华却也足够惊艳的YF119笑到了最后，而擅长豪华路线，追求技术完美超前的通用YF120则饮恨在了巍巍洛基山脉下的爱德华兹空军基地。

当然如果按照上次发动机大战的剧本，下一步该轮到F119问题层出不穷、F-22继承F-15A“机库皇后”的美誉了，但是很明显上次吃了大亏普惠公司此回小心了不少，不仅出色地保障了F119的可靠运行，即便是遇到了交货延迟的大问题，普惠公司也聪明地能赶在洛克希德之前交付发动机，巧妙地把这个容易给人留下攻击的口实推给了总体承包商洛马公司。

而且即使是推一步讲，90年代苏联的解体也让美国空军的换装需求降低了不少，所以F-22的延迟交货也并没有得到太多的指责，至少是没有得到用户的负面反馈。

再加上F-22订单数量的大幅削减（从788架到183架），通用电气的YF120翻盘的希望已经不复存在了。

因此，通用电气才极其看重F-35战斗机项目中发动机的选型竞争，要知道F-35全寿命的生产计划达上千架，其中包括数量相当可观的海外订单，所以通用电气很有信心能在这块大蛋糕上分的不小的一块份额，于是在美国政府和国会中一些高层人士的联合推动下（不要想歪，我们冥煮国家的官员们可是出于对江山社稷的责任心和对科技的热爱，肯定不会与通用电气有什么金钱往来啦），所以再1996年，美国正式以YF120为基础开始了名为F136发动机的研制项目，由通用电气和另一位国际发动机行业巨头罗尔斯罗伊斯公司联合承办，在1995年至2009年间，F136总共获得了24亿美元的拨款。

按理说通用和罗罗的强强联合，F136志在必得，而且更重要的是脱胎于YF120的F136相对于由F119发展而来的F135一个最大的优势就是其独一无二的变循环技术（F119和F135是地道的低涵道比涡扇发动机），变循环技术简而言之就是将涡喷发动机的高速性能与涡扇发动机的亚音速性能在一台发动机上合二为一，从而达到优中选优的目的。

众所周知涡扇发动机使用了外涵道的气流降低了喷气的速度和温度，提高了热效率，从而产生更大的推力和更低的油耗，对飞机起飞、巡航、待机和亚音速加速极为裨益，但是在超音速飞行时，被降低的喷气速度拉低了有效推力，对超音速飞行产生了不利的影响。

当年通用电气参与ATF项目竞争的YF120通过采用了阀门控制以实现变循环控制，在打开外涵道时即实现涡扇功能，反之则显示为涡喷模式，因为在ATF项目中，超音速巡航是一项重要的指标，YF120的这项技术理论上是非常有利于ATF项目中要求的“超音速巡航能力”。

但是事与愿违，已经被F-15A与F100高故障率吓怕的美国空军还是选择了较为稳妥的YF119。

而在JSF发动机的选型上，延续了变循环技术的F136在一开始也被认为是大有希望，因为在F-22已经选定可靠的F119后，在技术水平更上一层楼的F-35上首次尝试新兴的变循环技术也未尝不可，加上F-35有数量众多的海外订单，将这个风险转嫁给已经被绑定的盟友也是一个阴险但又有效的风险控制方式。

但是最终F136仍旧落败，最重要的原因就是：

其实在当年JSF发动机选型的时候，已经依靠着第一次发动机大战建立起了竞争比价机制的美国空军经过核算，当初F-15和F-16机队所有的发动机采购费用因为供货方的竞争比原先计划降低了21%，这是一个相当诱人的数字，因此才有了F135和F136同时上马竞争的场面，但是现在谁承想二十年后今非昔比，原先计划中的节约非但没有出现，反而成为了额外的负担。

首先是F-35整体的计划在进入2000年后不断出现拖延和涨价的情况，其中的主要原因则是项目中要求的STOVL部分，F136和F135虽然在计划中可是实现互换，但仍旧需要在公用的STOVL部分上分别进行大量测试和实验，相应研发成本的增加拉低了预先想象中的节约。

而且这还不算多建立一条生产线继续投资的部分。

F-35现在已经无可争议的成为了史上最大国际圈钱传销项目，日益增长的单机离地价格已经让有些当年投资项目的盟友开始改变看法（澳大利亚为填补F-35为服役的空缺已经采购了F/A-18E/F）。

即便是财大气粗的美国政府，在经历了2008年金融危机后也不得不紧缩银根，F135和F119的通用性如此优良，为什么还要采购另外一种发动机？

美国总统奥观海同志和国防部长盖茨都强烈反对F136的继续研制，观海同志甚至曾经威胁，要是美国国会强加F136拨款，他就否决整个国会拨款案。

最终在2010年和2011年，美国政府统一在预算中取消F136的研发拨款，美国国防部则在2011年4月25日正式中止了F136项目。

但此时，通用电气和罗罗公司还抱有一定幻想，双方试图自筹资金完成F136的研发，但是最终压垮骆驼的最后一根稻草则是F-35项目中两家重要的用户，美国海军和海军陆战队，他们其实早在项目之初就打心底上不愿意接受F135和F136共存的局面，因为在航空母舰和两栖攻击舰寸土寸金的空间里，再塞入一套发动机的保障体系可是一件非常令人头疼的事。

即便是当年获益于第一次发动机大战的美国空军，也对F136很不感冒，变循环技术？

我们有F-22即可包打天下，F-35根本不要什么超音速巡航能力，即便是要，我们看F-35那肥硕的身躯就算是有了变循环也悬乎。

就这样，曾经被人誉为第一次发动机大战2.0版本的F-35发动机选型项目以这样一种方式落幕，出乎了很多人的意料，但是F136的故事真的就到此为止了吗？

显然没有，因为变循环发动机肯定是未来航空动力的发展方向，作为世界航空科技的领先者，美国人自不会放弃这个抢占制高点的机会，2012年5月，美国的《航空周刊》美国空军正在进行自适应发动机的开发计划（AdaptiveEngineTechnologyDevelopment，简称ATED），即由AFRL主持的自适应灵活发动机技术（AdaptiveVersatileEngineTechnology，简称ADVENT）计划的实用化阶段，而ADVENT则是自适应循环发动机（AdaptiveCycleEngine）计划的延续，用工业化的术语说就是ACE是实验室级别的小打小闹，ADVENT相当于考虑具体生产过程要求的中试，而AETD则相当于全尺寸的基准设计，换言之这个“自适应发动机”的项目有具体产品问世已为时不远矣，ATED的目标是在现有发动机基础上节油25%且航程增加30%，美国负责国防研发和采购的副部长埃希顿·卡尔要求该项目在2020年完成研发，而F-35从目前来看其生产计划至少要持续到2035年，所以以目前美国空军每年使用超过24亿加仑燃油（折合为740万吨JP5燃油，JP5的单价比普通汽车汽油高2-3倍）计算，即使算入规模采购的折扣，如计划中25%的燃油节约得以实现，将意味着未来美国空军将下一笔相当可观的开支！

但是说过来道过去，这一切还只是计划中的美好蓝图，因为至今像这样计划中的“节约”变为实际上的“浪费”的例子已经比比皆是了，至于真到了2020年会是什么样子，嗯，楼主窃以为，咱们还是先去好好关注一下美国政府的财政悬崖吧。

[此貼被水犹寒在2016-09-1100:

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