没有输家！——美国发动机大战（Engine War）的回顾

万磁王

风水轮流转
　　1981 年里根政府决定重新生产 B-1B 飞机，F101 时来运转又有了用武之地。而此前空军已选定了 CFM56-2（军方编号 F108）作为 KC135R 加油机的换发型号。F101DFE 和上述两个型号的核心机基本一致，因此生产费用一下降低了 25%，当初反对意见中最主要的一项——后勤保障问题也因此迎刃而解。为 F101DFE 配套的试验设施、零配件供应网络、培训计划以及后勤支援设备都可以用于 F101-GE-102 和 F108 发动机，其中订货量达 469 台的 F101 发动机就足够维修站忙活了。

CFM56 系列民用发动机是当今世界销量最好的发动机

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　　1982 年对 F101DFE 来说是一个具有特殊（里程碑）意义的年份，这年里 GE 拿到一份追加合同，继续对 F101DFE 进行试验为下一步的 FSD（全尺寸工程发展）作准备。合同内容包括对发动机作优化设计、并最终确定将来安装到 F-14、15、16 三种飞机上的发动机构型。年 底GE 被正式授予一份“固定价格”FSD 合同，研制 F101DFE 的生产型——F110-GE-100。此时，从俄亥俄 Evendale 的 GEAE 总部又传来喜讯，一台编号 509-004 的 F110 发动机（这时已名正言顺了）在加速任务试车中顺利达到 5,004 个 TAC [注 7]，若按每年飞行 250 小时（500TAC）计，这已相当于外场使用了 10 年的时间！

　　[注 7] TAC—Total Accumulated Cycles 总的累积循环（也有叫作空军战术循环），一般 1 个TAC= 1/2个EFH （发动机飞行小时）。

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　　随后两年里，F110 的研制工作进展顺利。1984 年 2 月份空军和 GE 签订了生产合同，将下一年 160 台采购订单中的 75% 交给了 GE（余下 40 台为 P&W 生产的 F100-PW-220），发动机大战的首回合 GE 初战告捷、占得先机！一年以后 F110-GE-100 定型，随后第一台量产型发动机交付使用。
　　F110-GE-100 是 GE 研制的第一台 120kN 级别小涵道比加力式涡扇发动机，与 F101 相比的主要区别：采用按比例放大的 YJ101/F404 发动机三级风扇代替了 1.14m 直径的两级风扇，风扇压比提高 60%、达到 3.2，减少了空气流量（从 159kg/s 减至 122kg/s），涵道比由 2.01 减到 0.87。为了适应较高的风扇转速，在 F101 的 2 级低压涡轮基础上做了重新设计，加力/喷管部分是 F101 的缩小型，并采用了 F404 的技术。此外为适应减小的风扇流路，核心机部分也做了少量的改动，对核心机以外的系统、部件作了比例缩小和减重处理。
　　由于在研制之初就将发动机的可靠性和耐久性放在突出的位置，并在研制全过程中全面贯彻 ENSIP 的要求，造就出一台兼顾性能、可靠性、耐久性、可维护性的先进发动机，从表 5 的数据可以看出，虽然 F110 的推重比相对较低，但由于总空气流量较大，因此获得了很大的绝对推力。后来的使用情况也证明GE公司的研制工作非常出色，F110 几乎成了安全可靠的代名词！

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超级雄猫换心术
　　尽管 F-14B/F101DFE 计划被搁置，但发动机的出色表现还是给海军官员们留下了深刻的印象。相比较难以“伺候”的 TF30，GE 新发动机的诱惑实在是难挡的！1984 年，海军终于重启了“超级雄猫”的换发计划，为飞机换装两台 F110-GE-400 发动机。
　　海军型与 F110 基本型存在的差异主要是由于安装的需要——即为了适应原装配 TF30 的飞机发动机舱。

F110-GE-400 发动机的改动之处

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　　新发动机无论是性能、可靠性还是维护性等方面较原来的 TF30 都有了大幅提高，经测试新发动机使雄猫的“航程增加 60%，爬升率提高 61%，作战滞空时间延长 1/3。爬升至 1,067 米的时间要快上 61%，加速时间减少 43%，另外还消除了 TF30 常见的尾烟。”1987 年 F110 发动机开始交付海军使用，装备 F-14B/D 型飞机。

1986 年的 F-14B 原型机，安装 F110-GE-400 发动机，测试结果是皆大欢喜

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普.惠的补救措施
　　虽然在 F100-100 服役的最初几年里，P&W 公司也针对发动机发生的问题做了一些改进，1976 年~1978 年间使用 AMT 方法验证了发动机的改进成效，翻修寿命从最初 500 小时提高到 750 小时。但是 P&W 非常清楚这些修补措施尚不能彻底解决可靠性不高的问题，尤其是当空军决定以 F101DFE 作为 F-15、16 飞机的后备动力时，P&W 发现 F100 已明显处于下风。恰好当时空军提出了 EMDP 计划、这成为 F100 发展历程中的重要转折点。在该计划的名义下 P&W 和军方签署了一份 Pre-FSD 的工程发展验证合同，改进 F100 的性能与可靠性。1979 年 7 月改进型 F100-PW-220 EMDP 项目正式开始，1980 年 4 月份发动机开始台架试车。在 F110 合同签订的那一年，P&W 也获得了一份研制 F100-PW-220 的 FSD 合同。
　　鉴于 F100 可靠性不高所带来的严重后果， P&W 公司在 F100-220 研制之初就定下了一个指导方针，即不惜用牺牲性能的代价来提高发动机的可靠性、耐久性、结构完整性。这些改进包括：重新设计的“延长寿命的核心机”（ILC）、采用单晶材料制造涡轮叶片（由原来的 PWA1422 定向合金改为 PWA1480 单晶）、第一种用于战斗机发动机的 FADEC（全权限数字式发动机控制）、提高维护性的发动机故障诊断装置（EDU）、经改进的加力燃烧室和齿轮式燃油泵等。发动机的全加力推力保持在 105.9kN，但质量却增加了约 66kg，导致推重比下降到 7.4。

F100-PW-220 发动机的主要改进措施

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　　为了考核发动机的可靠性、耐久性，在 F100-220 的试验项目中还增加了 3 种试验：4000TAC 的加速任务试车、高 M 数下的耐久性试验以及高周疲劳试验。第一次加速任务试验中，发动机在 90 天内共运行 953 小时，相当于外场工作 9 年，试车期间发动机没有进行计划外检修，仅有 8 次维护（允许有 15 次），后来同一台核心机部件重新组装、再次完成一个 4000TAC 试车，在两次试验中由核心机引起的换发率、停车率、推力损失均为零，证明了 F100-220 的改进措施是有效的，彻底解决了可靠性不高的问题（见表 4），1985 年 3 月发动机设计定型，同年 11 月首台生产型发动机面世，1986 年投入使用，装备 F-15、F-16 飞机。历经十年艰苦磨砺，F100 终于走向成熟，为将来的进一步改型奠定了坚实的基础。

F100-PW-220 加速任务试车（AMT）

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竞争的白热化
　　1983 年 5 月空军发布了 AFE 生产合同的最终版征求建议书 RFP，但此时的 P&W 仍幻想挤掉对手，因此在他的投标方案中无论采取哪种分配比例，定价都出奇的高；而实行单一供应商模式，则价格要低很多。不过心有余悸的空军根本不为所动，坚决推行 AFE 计划，1984 年正式开始实行双承包商政策并签订了首批采购合同。军方还决定今后每年的采购合同都采取比例分配模式，各家所占份额的多寡主要取决于承包商的实际表现。据统计，到 1994 年 F110 共获定购 1,065 台、F100 为 1,021 台，双方平分秋色。不过在 F-16 发动机的竞争中，GE 公司声称获得了胜利，因为在 1,000 余架飞机中，该公司提供的发动机占到了 75%。

F100-PW-100 的尾喷管

F110-GE-100 的尾喷管

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结束语
　　由于 AFE 计划成效显著，因此从 80 年代至今，美国几项大型发动机研制计划（IPE、ATF 发动机、JSF 动力等项目）都采用了这种方式。
　　正如本文标题所述，这是一场共赢的良性“战争”，交战各方都在此役中获得了“胜利”。航空动力历来是美国军方高度重视的“关键技术领域”，美军体认到为确保长期的领先地位，需通过有效的竞争才能实现，尤其是经历了 F100 的“惨痛”教训后，更加坚定了必须在该领域保持“有效竞争环境”的决心。实践证明 AFE 的实施确实大幅提高了美国航空发动机综合能力、更重要的是促使美国发动机业研制理念的革命性转变，意义重大、影响深远！
　　研制/生产者也没有因为“战争”而导致衰弱，相反使自身产品精益求精、不断提高。F100 和 F110 发动机已被公认为第三代军用涡扇中的经典，成功地衍生出了两个庞大的发动机家族，并在数十个国家和地区中服役，至今仍是国际航空动力市场中的畅销产品！随着更多高新技术的融入，综合能力更高的改进型号还将不断问世、继续活跃于本世纪头三十年的航空领域，其生命周期之长令人折服！
　　这场战争还将延续下去,孰优孰劣将是人们永远讨论的话题……


原载《海陆空天惯性世界》