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第21章 伟大的发动机与发动机大战(1)

普惠公司因在20世纪50年代使用J57/J75发动机为战斗机提供动力而取得巨大成功,但其主要对手通用电气公司用J79也成了赢家。J79用于F-4“鬼怪”战斗机,它是美国空军、海军和海军陆战队的主战飞机,并且占有着巨大的国际市场份额。

20世纪50年代末,普惠公司的传统客户[1] ——美国海军,需要为称作“导弹手”的项目提供一种新发动机,这为普惠提供了机会。这是一种用于航空母舰防空的高空飞机。人们的想法是“导弹手”在离开航母战斗群的上空指定空域巡逻飞行,并携带先进的远程导弹打击进犯的敌机以保护航母战斗群。

普惠公司用JTF10赢得该机发动机竞争,其军方叫法是TF30。这是普惠公司从来没有做过的首款涡扇加力发动机。风扇和核心机的排气在加力燃烧室混合。这为后来的战斗机用发动机确定了模式。这样,

就可以用相对较小的核心机制造发动机,以减少重量、阻力和涵道比(TF30的涵道比为1.1∶1),但仍在加力时产生很大推力。这种涡扇发动机比J57/J75传统涡喷发动机提高约25%的燃油率。加力燃烧室可以通过油门杆控制,飞行员可以调节推力,能把11350lbf到13400lbf的标准额定推力增加70%。后来的型号TF30在加力状态下推力可高达25100lbf。

当然,“导弹手”项目从未实现。1961年,新上任的国防部长罗伯特·麦克纳马拉要空军和海军联合搞一个单一的通用计划,“战术战斗机试验”(TFX)。无论军队还是任何潜在承包商对这种想法都不热心,他们认为不可能“一机多用”。一种飞机不可能既用作陆基战斗机,又用作舰载战斗机,还用作具有核能力的阻滞轰炸机。但是,TXF成了下一个重大计划。麦克纳马拉决心要五角大楼以此作为采购工作大范围改革的样板。1962年,通过接触沟通,出现两个型号,通用动力公司的空军方案F-111和格鲁门公司的海军方案F-111B。普惠公司用TF30赢得竞争,为两种方案提供发动机,要求各个团队用25个月的时间将飞机投产。

时间极端紧迫,要求异常严格。空军需要机身结构比较重而结实,因为F-111执行超低空飞行的阻滞任务,而海军通常希望舰载机要轻得多。但是F-111B与F-111一样越来越重。这就意味对进行TF30工作的人是真正的挑战。性能方面的问题围绕着重量,还围绕着陆基飞机与舰载飞机之间相互矛盾的要求打转转。

整个TFX/F-111计划在国会山、在五角大楼以及在承包商(如普惠公司)的办公室变得极具争议,因此而争吵不休。这里不打算讲述整个故事的细节。不用多说,普惠必须抓紧时间把发动机的事情做好,经过不断更改,最终达到了要求。但是海军的F-111B没有搞出来。舰载机飞行员放弃了该计划,因为他们认为他们拿不到合适的飞机。海军将在格鲁门用VFX计划走自己的路。F-111/TF30将与美国空军一起继续漫长的路程,而只从皇家澳大利亚空军退役。不带加力的TF30还用在海军A-7飞机上,直到1986年,该发动机的生产持续了22年。

空中格斗战法再度上演

20世纪60年代转眼进入70年代,美国军事航空对自己的定位进行了重新评估。越南战争期间,美国空军和海军的战术使空中格斗战法走下坡路,这一点变得越来越明显。在越南,美军与越南民主共和国(又称北越)飞机战损比例是1∶2.5, 在朝鲜,该比例是1∶12。

批评者指出,主战飞机F-4原来连空空航炮都没有。F-4以及像F-105“雷公”那样的飞机,个个无比超群,但是未来可能无用武之地且不再需要。苏联的新飞机,诸如米格-23“鞭打者”和米格-25“狐蝠”将大量生产,而且的确令人生畏。美国空军和海军都正在寻找能够在空中优势战斗中绝对获胜的飞机。空军的FX计划结果产生了F-15,而海军放弃F-111B后的VFX计划则诞生了F-14。1970年,经过与通用电气公司的激烈竞争,普惠公司赢得为新一代超高性能战斗机配备发动机的合同。空军命名其发动机为F100,海军为节省费用同意使用衍生型,取名F401。

该计划无论怎样看都变得异常艰难。军方要求发动机性能接近、甚至超过从来没有达到的极致。推重比要达到从未听说过的8∶1,而当时最大为4∶1。25000lbf推力级的F100重量约为3000lb,相比之下,推力为17300lbf的J79的重量超过3800lb。普惠公司开始研究新材料以完成这些任务,使用了以前从未使用过的大量钛合金和镍含量高的合金。涡轮需要定向凝固材料叶片。研制计划困难重重。部件故障频频发生,一次次重新设计,反反复复进行试验,竭尽全力排除故障。五角大楼忧心忡忡,因为随着越战以痛苦的收场而结束,其声誉扫地,预算紧缩。新的F-15时间非常紧迫。空军需要飞机来对付已经部署的“鞭打者”和“狐蝠”飞机的威胁。

在海军航空兵预算日益紧缩的情况下,经过一些初试失败后,海军砍掉了F401计划。海军的F-14即将成功,但预算吃紧没有发动机。较好的选择是使用现有最好的发动机,尽管这样做也不是完美的方案。虽然没有一个人(包括普惠的工程师们)认为选择普惠的TF30是一个理想的解决办法,但是海军还是选择了普惠TF30。即使TF30不如F100,它也是当时世界上最先进的战斗机发动机。

普惠团队尽其所能继续拼命工作,为的是把F100发动机装上空军双发F-15飞机,他们做到了。1974年,该发动机又赢得竞争,配备新的单发F-16战斗机。但是F-15服役后不久问题就出来了。部分原因是大大地扩展了F-15的飞行包线,并允许喜欢这款新飞机的飞行员用尽F100发动机的功率。1974年,F-15创8项世界纪录,并以垂直爬升中加速超过Ma1的能力而震惊航空界。

空军系统司令部司令奥尔顿·斯莱1979年在国会作证时高度赞扬这种飞机和发动机:

毫无疑问,F-15和F-16如果不是世界上两种性能最好的战斗机,也是世界上性能最好的战斗机中的两种。这一非常值得称颂的业绩在很大程度上应归功于F100发动机令人印象深刻的性能……毫无疑问,发动机的总体设计向前推进了现代技术。

在斯莱证词中有个“但是”。“该发动机达到了我们为它规定的推力、重量和耗油率三大关键性能参数的要求;但是,还没有满足我们对耐久性和维护简便的需要。”

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