猛禽與閃電之心（下）

火心2000

F119發(fā)動(dòng)機(jī)的性能綜述

作為世界上第一種第四代發(fā)動(dòng)機(jī)，F(xiàn)119的性能指標(biāo)用現(xiàn)在流行語(yǔ)“華麗得令人發(fā)指”來(lái)形容是一點(diǎn)也不為過(guò)的，具體指標(biāo)見(jiàn)下表。

F119的性能特點(diǎn)可以歸納為：?jiǎn)挝涣髁客屏Υ螅s130千牛/（千克/秒）），推重比高（大于10），能為飛機(jī)提供短距離起降能力；不加力推力大，速度特性好，能為飛機(jī)提供不加力超聲速巡航能力；具有二元矢量推力，能為飛機(jī)提供非常規(guī)機(jī)動(dòng)能力；具有全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)飛/推綜合控制；具有高效可靠性和良好的可維護(hù)性。

F119的推力超過(guò)一般發(fā)動(dòng)機(jī)的3倍，不加力狀態(tài)下的推力比第三代航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力狀態(tài)下還要大。一架F-22戰(zhàn)機(jī)在兩臺(tái)F119發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)下，不開(kāi)加力就能以超過(guò)馬赫數(shù)1.4的速度持續(xù)飛行，這樣可以快速接近戰(zhàn)區(qū)并實(shí)現(xiàn)高速突防，大大提高戰(zhàn)機(jī)的作戰(zhàn)能力，且節(jié)省燃料。

F119發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)遵循“產(chǎn)品綜合發(fā)展”（IPD）的思想，實(shí)現(xiàn)性能、安全、可靠、維修、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)的平衡。F119的主要部件比普通渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)少40%，耐久性更強(qiáng)，工作強(qiáng)度更低，對(duì)地面保障設(shè)備和人員需求減少50%，定期維護(hù)時(shí)數(shù)減少75%。

鏈接1

F119發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

F119發(fā)動(dòng)機(jī)分為風(fēng)扇、核心機(jī)、低壓渦輪、加力燃燒室、尾噴管、附件傳動(dòng)機(jī)匣等6個(gè)單元體，另有附件、全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由3級(jí)風(fēng)扇、6級(jí)高壓壓氣機(jī)、帶氣動(dòng)噴嘴和浮壁式火焰筒的環(huán)形燃燒室、單級(jí)高壓渦輪、單級(jí)低壓渦輪、加力燃燒室以及二元矢量噴管等組成。F119凈重1360千克，渦輪前燃?xì)鉁囟?850～1950K。

3級(jí)風(fēng)扇

F119發(fā)動(dòng)機(jī)的第一級(jí)風(fēng)扇葉片采用寬弦、空心設(shè)計(jì)，與用于波音777的PW4084發(fā)動(dòng)機(jī)采用的空心葉片結(jié)構(gòu)相同，即葉片由葉盆、葉背兩塊型板經(jīng)擴(kuò)散連接法連接成一整葉片。在連接前先將型版接合處縱向加工出幾條槽道形成空腔。這種空心葉片的空心度較羅羅（RR）公司采用的帶蜂窩芯的夾層結(jié)構(gòu)小。用鈦合金制成的3級(jí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子均采用整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)（在YF-22上進(jìn)行驗(yàn)證飛行時(shí)所采用的YF119發(fā)動(dòng)機(jī)中，僅2、3級(jí)風(fēng)扇采用了整體葉盤(pán)）。F119采用線(xiàn)性摩擦焊的加工方法加工整體葉盤(pán)。

為了保證風(fēng)扇機(jī)匣剛性一致，保持較均勻的葉尖間隙，F(xiàn)119的風(fēng)扇機(jī)匣做成整環(huán)的，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子做成可拆卸的，即2級(jí)盤(pán)前、后均帶鼓環(huán)，分別與1、3級(jí)盤(pán)連接。

風(fēng)扇進(jìn)口處采用了靠邊彎度的進(jìn)口導(dǎo)流葉片，可大大縮小常規(guī)直靜子葉片上、下端的分離損失區(qū)。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于F100發(fā)動(dòng)機(jī)，葉片是利用PW開(kāi)發(fā)的NASTAR程序設(shè)計(jì)的。采用彎曲靜子葉片后，可提高風(fēng)扇、壓氣機(jī)效率與喘振強(qiáng)度。這種葉片也用在F119的高壓壓氣機(jī)上及諸多民用PW4084發(fā)動(dòng)機(jī)上。

6級(jí)高壓壓氣機(jī)

F119的高壓壓氣機(jī)采用高級(jí)壓比設(shè)計(jì)，6級(jí)轉(zhuǎn)子全部采用整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)，進(jìn)口導(dǎo)葉與1、2級(jí)導(dǎo)葉是可調(diào)節(jié)的。前機(jī)匣采用“Alloyc”阻燃鈦合金材料制造，以降低重量，采用了彎曲的靜葉。為了增加高壓壓氣機(jī)的出口處機(jī)匣（該處的直徑最小，形成了縮腰）的縱向剛性，燃燒室機(jī)匣前伸到壓氣機(jī)的3級(jí)處，使燃燒室機(jī)匣具有雙層結(jié)構(gòu)：外層傳遞負(fù)荷，內(nèi)層僅作為氣流的包容環(huán)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在大型、高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。

短環(huán)形燃燒室

F119的燃燒室火焰筒為雙層浮壁式，外層為整體環(huán)形殼體，在殼體與燃?xì)饨佑|的壁面上鉚焊有沿圓周和長(zhǎng)度切開(kāi)的一塊塊瓦塊形薄板，薄板與殼體間留有一定的縫隙，冷卻空氣可由縫中流過(guò)，各瓦塊形薄板在圓周與長(zhǎng)度上可以自由膨脹。為了使薄板在工作中能在圓周與長(zhǎng)度上自由膨脹，薄板在圓周與長(zhǎng)度上均切成一段段的，形成多片瓦塊狀的薄板，因此這種火焰筒又稱(chēng)為瓦塊式火焰筒。

這種燃燒室可以改善火焰筒的工作條件，不僅可提高火焰筒的壽命，與燃?xì)饨佑|的瓦片燒壞后還可以隨時(shí)更換，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的可維修度；且還可以減少污染物排放。這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)在PW出品的眾多發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛的運(yùn)用，例如V2500、PW4084等民用發(fā)動(dòng)機(jī)。

油嘴采用了氣動(dòng)式噴嘴，能改善燃油霧化質(zhì)量，提高燃燒完全度，減少排污，同時(shí)還消除一般離心式噴嘴易生積炭的問(wèn)題。

單級(jí)高壓渦輪

F119的高壓壓氣機(jī)的工作葉片用PW公司的第三代單晶材料制成，采用了先進(jìn)的氣膜冷卻技術(shù)。渦輪盤(pán)采用了雙重的熱處理以適應(yīng)外緣與輪心的不同要求，即外緣采用了提高損傷容限能力的處理，以適應(yīng)榫槽可能出現(xiàn)的微小裂紋；輪心部分則采用提高強(qiáng)度的熱處理，這種在一個(gè)零件上采用兩種要求不同的熱處理，實(shí)屬罕見(jiàn)。工作葉片葉尖噴涂有一層耐磨涂層（YF119未采用），以減少性能的衰退率，這種措施也被PW應(yīng)用在大型民用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)上。

單級(jí)低壓渦輪

F119的低壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)向與高壓壓氣機(jī)相反。這種高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的設(shè)計(jì)，讓飛機(jī)機(jī)動(dòng)飛行時(shí)作用于兩轉(zhuǎn)子上的陀螺力矩會(huì)相互抵消大部分，因此可減少外傳到飛機(jī)機(jī)體上的力矩，可提高飛機(jī)的操縱性。這點(diǎn)對(duì)高機(jī)動(dòng)性能戰(zhàn)機(jī)特別重要。另外，對(duì)裝于兩轉(zhuǎn)子間的中介軸承，軸承內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)向相反時(shí)，會(huì)大大降低保持架與滾子組合體相對(duì)內(nèi)外環(huán)的轉(zhuǎn)速，對(duì)軸承的工作有利，但增加了封嚴(yán)的難度。理論上，高低壓壓氣機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以不要低壓渦輪導(dǎo)向器（YF120發(fā)動(dòng)機(jī)即是如此），但F119為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，仍采用了導(dǎo)向器。低壓渦輪輪盤(pán)中心開(kāi)有大孔，以便安裝高壓轉(zhuǎn)子的后軸承（中介軸承），這與F404、M88發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似。

加力燃燒室

F119的加力燃燒室的加力筒體采用Alloyc阻燃鈦合金制造以減輕重量，兩者間的縫隙中流過(guò)外涵空氣對(duì)筒體進(jìn)行冷卻。在YF119發(fā)動(dòng)機(jī)上采用外部導(dǎo)管引冷卻空氣對(duì)筒體進(jìn)行冷卻，在F119上則取消了外部導(dǎo)管，簡(jiǎn)化了制造難度，減少了零部件，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

二元收斂—擴(kuò)張矢量噴管

F119發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管采用獨(dú)特的二元收斂—擴(kuò)張矢量噴管。噴管上、下的收擴(kuò)式調(diào)節(jié)片可單獨(dú)控制喉道與出口面積，而且當(dāng)上、下調(diào)節(jié)片同時(shí)向上或向下擺動(dòng)時(shí)，改變排氣流的方向（即推力方向），發(fā)動(dòng)機(jī)推力能在+20°～-20°之間偏轉(zhuǎn)，可以提高戰(zhàn)機(jī)的機(jī)動(dòng)性。噴管從+20°到-20°的行程只需1秒即可完成，響應(yīng)時(shí)間相當(dāng)短。推力矢量由雙余度全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)控制，用煤油作介質(zhì)的作動(dòng)筒來(lái)操縱。調(diào)節(jié)片設(shè)計(jì)考慮了減少雷達(dá)散射面積；為了減少紅外信號(hào)，對(duì)調(diào)節(jié)片進(jìn)行了冷卻。尾噴管也采用Alloyc阻燃鈦合金制造，減輕重量?？梢哉f(shuō)Alloyc阻燃鈦合金是F119制造的“萬(wàn)金油”，基本上用于發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)重要零部件。

燃油控制系統(tǒng)

燃油控制系統(tǒng)為PW設(shè)計(jì)的最新型雙余度全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)（FADEC），每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有兩套調(diào)節(jié)器，每套調(diào)節(jié)器有兩套計(jì)算機(jī)，互為備份，以確保調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)動(dòng)機(jī)的可維修性

F119在設(shè)計(jì)中特別強(qiáng)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的可維修性，例如大部分附件包括燃油泵和控制系統(tǒng)均作為外場(chǎng)可換部件（LRU），而每個(gè)LRU拆換時(shí)間均不超過(guò)20分鐘，所用的工具僅是11種標(biāo)準(zhǔn)手動(dòng)工具。在外場(chǎng)維修時(shí)需進(jìn)行拆裝的緊固件不容許用保險(xiǎn)絲、開(kāi)口銷(xiāo)，由于采用“B”型螺母，擰螺母時(shí)可采用限扭扳手?？滋絻x的座孔設(shè)計(jì)成螺紋內(nèi)置式的，所有導(dǎo)管、導(dǎo)線(xiàn)均用不同顏色予以區(qū)分，滑油箱裝有目視的油位指示器，連接件做成能快卸快裝的設(shè)計(jì)。

發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性

F119在設(shè)計(jì)中遵循“采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)的”做法，以及整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件減少。因此發(fā)動(dòng)機(jī)雖然它在性能方面較前一代F100發(fā)動(dòng)機(jī)有著較大的提高，也采用了一些以前發(fā)動(dòng)機(jī)中未采用的新技術(shù)，但它的可靠性卻比F100高上許多。

鏈接2

線(xiàn)性摩擦焊

線(xiàn)性摩擦焊（Linear Friction Welding ，LFW）是一種固態(tài)連接技術(shù)，類(lèi)似于擴(kuò)散連接（Diffusion Bonding）。擴(kuò)散連接是將兩個(gè)需連接的零件接觸面緊緊靠住，在高溫、高壓下，兩零件接觸表面間形成了材料原子的相互轉(zhuǎn)移，最終使兩者緊密連接一體。在這種連接中，由于相連接處的材料并未融化，因而不會(huì)出現(xiàn)一般焊接中易發(fā)生的脫焊現(xiàn)象。從結(jié)構(gòu)上講，連接處看不出“焊縫”，且其強(qiáng)度與彈性均優(yōu)于本體材料。線(xiàn)性摩擦焊與擴(kuò)散連接不同之處在于：在擴(kuò)散連接中，連接的工件是在爐中加溫使其達(dá)到高溫的；而在線(xiàn)性摩擦焊中，工件的高溫是通過(guò)兩接觸面間的相互高頻振蕩產(chǎn)生的。這樣可以提高加工部件的接合處的堅(jiān)固性能。

F119發(fā)動(dòng)機(jī)采用的制造材料

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展史上，一款發(fā)動(dòng)機(jī)若想取得代差式的進(jìn)步，必然是建立在制造材料取得代差的基礎(chǔ)上的。這點(diǎn)對(duì)作為第一款第四代發(fā)動(dòng)機(jī)F119也不例外。作為“猛禽”之心，F(xiàn)119的性能之高早已令人矚目。它的制造材料選擇由于保密的原因，至今我們只能知道大概，對(duì)其中細(xì)節(jié)根本無(wú)從了解。筆者綜合國(guó)內(nèi)外公開(kāi)的資料，簡(jiǎn)單的介紹一下F119的制造材料。

眾所周知，F(xiàn)119發(fā)動(dòng)機(jī)是PW在F100-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)。F119是F100的改進(jìn)與發(fā)展，其材料除低溫部分采用高溫樹(shù)脂基復(fù)合材料以及尾噴管使用陶瓷基材料之外，仍將主要使用傳統(tǒng)的金屬材料。傳統(tǒng)金屬材料能適應(yīng)新的性能要求，需要在制造材料以及工藝改良上有著較大的突破，特別是在工藝上有較明顯的改進(jìn)。

A、超高溫樹(shù)脂基復(fù)合材料

超高溫樹(shù)脂基復(fù)合材料近年已大量應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)。在軍用發(fā)動(dòng)機(jī)中，復(fù)合材料用量大約占結(jié)構(gòu)重量的3%。F119也采用了大量復(fù)合材料，例如風(fēng)扇外涵道就采用PMR15聚酰亞胺樹(shù)脂復(fù)合材料。據(jù)報(bào)道，由美國(guó)空軍自主研發(fā)的AFR700B超高溫樹(shù)脂基復(fù)合材料也大量應(yīng)用于F119上。AFR700B是以8氟單體為基的樹(shù)脂，其工作溫度比PMR-15高出55℃，可在371℃工作1000小時(shí)，在316℃工作10000小時(shí)，可用來(lái)代替鈦合金用作壓氣機(jī)的靜子結(jié)構(gòu)和進(jìn)氣道，也可用作后機(jī)身多用途導(dǎo)管。AFR700B是為代替PMR-Ⅱ-50研制的，前者的熱穩(wěn)定性更高且易于制造。

PW公司還在研究將AvimidK熱塑性復(fù)合材料，用于綜合高性能發(fā)動(dòng)機(jī)中介機(jī)匣，該機(jī)匣要求能承受347℃高溫以及4個(gè)大氣壓。這種材料有較好的熱穩(wěn)定性，并且用于F119發(fā)動(dòng)機(jī)上。

上述復(fù)合材料的應(yīng)用可提高飛機(jī)的雷達(dá)及紅外隱身性能，現(xiàn)已大規(guī)模應(yīng)用到F119發(fā)動(dòng)機(jī)上。

B、鈦合金空心風(fēng)扇葉片

PW公司向來(lái)都將軍民用發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行相互移植，F(xiàn)119的風(fēng)扇基本都是照搬成熟的民用PW4084發(fā)動(dòng)機(jī)所用的空心風(fēng)扇葉片。這種葉片由鈦合金制成，制造過(guò)程獨(dú)特，從鈦毛坯開(kāi)始，先將毛坯切削加工成兩半部分，然后將兩半部分放在真空爐內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散連接，再將葉片放在夾具中進(jìn)行超塑成形得到氣動(dòng)型面，最后放在成型模內(nèi)在氬氣下進(jìn)行成形，這種葉片的特點(diǎn)是無(wú)凸臺(tái)。

C、阻燃鈦合金

鑒于鈦合金在運(yùn)轉(zhuǎn)中有可能著火的問(wèn)題，靜子將采用一種阻燃鈦合金。這種鈦合金的特點(diǎn)是鉻、釩含量高，尾噴管和加力燃燒室也使用這種防火鈦合金。該鈦合金由PW公司專(zhuān)門(mén)為F119開(kāi)發(fā)的。合金牌號(hào)AlloyC（Tiadyne 3515），成分為50Ti-35V-15Cr，密度為5.2克/厘米3，在425～595℃具有高的屈服強(qiáng)度及蠕變強(qiáng)度，遠(yuǎn)高于Ti-6AL-2V-4Zr-2Mo，其阻燃性?xún)?yōu)于Ti-6Al-4V。此外，其室溫變形性能好，冷軋及鈑金成形時(shí)，延伸率達(dá)40%～50%，同時(shí)它還具有良好的焊接及精密鑄造能力。

為了阻燃，F(xiàn)119的葉片還使用鍍鎳或鈦鋁化合物葉尖。

D、粉末高溫合金整體葉盤(pán)

F119壓氣機(jī)的6、7、8、9級(jí)為整體葉盤(pán)，輪緣與輪心采用了不同熱處理制成，具有不同的晶粒尺寸，合金為T(mén)n100，從而可使輪緣薄，重量輕，這種方法只能軍用于發(fā)動(dòng)機(jī)。

E、低膨脹系數(shù)合金

該合金由PW的合作伙伴Inco國(guó)際公司研制，它的膨脹系數(shù)比常用In718合金低20%，密度小6%，而強(qiáng)度兩者相當(dāng)。該合金在650℃抗氧化能保持完好。這種合金牌號(hào)為4005，其成分為42Ni、29.5Fe、18Co、6Al、1.5Ti。合金要求經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔成電極，然后經(jīng)真空電弧及電渣重熔。該合金不能用鉻來(lái)防氧化，因鉻會(huì)降低鐵磁性從而破壞低的熱膨脹系數(shù)。

此外，Inoc公司還為F119的壓氣機(jī)、燃燒室及排氣系統(tǒng)機(jī)匣及環(huán)研制了另一種新型鎳-鈷-鈦基低膨脹系統(tǒng)高溫合金In783，其熱膨脹系數(shù)比Inoc718低20%，密度為7.78g/厘米3，抗氧化能力接近In718，且可保持在700℃以上。

該合金的成為為28.5Ni，34Co，26Fe，54AI，3.0Nb，3.0Cr，0.1Ti。

F、雙性能合金粉末盤(pán)

F119采用單級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)高壓及抵押渦輪轉(zhuǎn)子。為了優(yōu)化材料的性能，渦輪盤(pán)將采用雙重?zé)崽幚?，使輪緣為粗晶組織以滿(mǎn)足損傷容限要求，而輪心為細(xì)晶以滿(mǎn)足強(qiáng)度和低周疲勞性能的要求。輪心與輪緣可以通過(guò)擴(kuò)散連接而成。

G、Lamilloy合金

據(jù)分析，F(xiàn)119的渦輪葉片仍將使用單晶合金鑄造，但這種單晶合金已不是一般的單晶合金。

一種方案是采用第三代單晶合金，將比第二代單晶合金的冷效有更大的提高，使用溫度接近1100℃。第3代單晶葉片仍將是第二代當(dāng)單晶葉片的改型并采用陶瓷隔熱涂層。目前已出現(xiàn)的第三代單晶合金有CMSX-10，其工作溫度比第二代單晶合金高出30℃，其成分為1.8～4.0Cr，1.5～9.0Co，0.25～2.0Mo，3.5～7.5W，7.0～10.0Ta，5.0～7.0Al，0.1～1.2Ti，0.01～0.15Hf，其余為Ni。

另一種方案可能是采用Lamilloy合金，它原是為燃燒室研制的一種變形合金，現(xiàn)已發(fā)展到可以進(jìn)行鑄造，而且是單晶鑄造，它是一種多孔單晶鑄造合金葉片，是由Lamilloy合金鑄造成發(fā)散冷卻葉片。

PW正在對(duì)該種葉片進(jìn)行研制，稱(chēng)之為“超級(jí)葉片”，美國(guó)空軍把它叫做“超級(jí)冷卻葉片，它比羅羅北美公司的發(fā)散冷卻葉片有更高的溫度梯度（達(dá)到330℃），采用這種葉片可使渦輪工作溫度提高250℃，減少冷卻氣流30%，延長(zhǎng)葉片壽命2～4倍。但專(zhuān)家對(duì)此種高溫度梯度葉片方案能否成功仍保有懷疑，美國(guó)軍方說(shuō)目前對(duì)此種超級(jí)冷卻葉片尚無(wú)需求。不過(guò)根據(jù)后來(lái)資料顯示，這種超級(jí)葉片已經(jīng)研發(fā)成功，將會(huì)應(yīng)用在F119的后續(xù)改進(jìn)型號(hào)及F135系列發(fā)動(dòng)機(jī)中，并有可能應(yīng)用在第五代航空發(fā)動(dòng)機(jī)上。

在此之前，羅羅北美公司已用上述方案制出一種將Castcool的單晶鑄造發(fā)散冷卻葉片，據(jù)稱(chēng)，它綜合了對(duì)流、沖擊及氣膜冷卻效果，在1649℃燃?xì)庵腥阅鼙３指咝阅?。這種方案用于第二代單晶合金CMSX-4合金，冷卻效果比第一代單晶合金CMSX-2好（工作溫度高出36℃），壽命提高一倍，減重30%。

Lamilloy合金除了用作葉片外，還成功的用于F119的加力燃燒室以及YF-23的槽形尾噴管。YF119的加力燃燒室襯里采用了9.9米2的MA956Lamilloy合金，并在YF-22及YF-23上進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)表明這種材料是有效的。

MA956合金性脆很難加工，但它與其他高溫合金不同，可以進(jìn)行光刻腐蝕而不需進(jìn)行難控制的電化學(xué)處理，RR北美公司的酸性腐蝕打孔技術(shù)可同時(shí)鉆300～400個(gè)孔。Lamilloy的松孔度按每平方英寸通過(guò)若干磅冷卻空氣計(jì)算。

Lamilloy合金還可以用于尾噴管。例如，在YF-23上工作環(huán)境最為苛刻的一個(gè)部件，是飛機(jī)上的槽形尾噴管口。它的工作溫度達(dá)到1371℃（加力）/810℃（不開(kāi)加力），并且是受力結(jié)構(gòu)，噪聲水平估計(jì)為180分貝，有聲疲勞問(wèn)題，壽命要求為4000小時(shí)。原計(jì)劃用碳/碳復(fù)合材料，但它在高溫下易產(chǎn)生氧化，原型機(jī)只好改用Lamilloy材料。這種材料是由MA956板擴(kuò)散連接以及光刻冷卻孔制成。在YF-23上采用了6.48米2的Lamilloy發(fā)汗冷卻磚，使溫度控制在一定范圍內(nèi)并能承受飛行試驗(yàn)的熱載荷以及聲載荷而未經(jīng)修理或更換。

Lamilloy合金的缺點(diǎn)是需從發(fā)動(dòng)機(jī)引出冷氣流，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。因此該公司計(jì)劃采用3種材料代替，一種為柔性氈，已在加力燃燒室上進(jìn)行了超過(guò)1000小時(shí)的試驗(yàn)，現(xiàn)在已經(jīng)成熟了；另一種是陶瓷磚；第三種是陶瓷基復(fù)合材料，其中陶瓷基復(fù)合材料的可能性最高。

H、陶瓷基復(fù)合材料

為了滿(mǎn)足戰(zhàn)機(jī)的過(guò)失速機(jī)動(dòng)要求，F(xiàn)-22將采用偏航/俯仰矢量噴管，噴管魚(yú)鱗板原計(jì)劃采用碳/碳復(fù)合材料制造。這種噴管可使兩塊平行的魚(yú)鱗板換向。

不過(guò)，后來(lái)有資料顯示，這種復(fù)合材料制造的矢量噴管將首先裝備在F119上進(jìn)行應(yīng)用。這種噴管將由陶瓷復(fù)合材料來(lái)制造。這種矢量噴管由于重量大要求采用輕質(zhì)材料，否則將會(huì)有重心后移的問(wèn)題。因此，估計(jì)尾噴管的制造材料就會(huì)有由別的復(fù)合材料制造。

閃電之心——F-35戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)

早在20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)軍方已開(kāi)始論證新一代戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃。后來(lái)，根據(jù)方針的調(diào)整，美國(guó)分別研制了先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)（ATF）和“聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)”（JSF）。經(jīng)過(guò)多年的努力，ATF計(jì)劃的成果“猛禽”在20世紀(jì)90年代已露真容，而JSF計(jì)劃也有了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

1993年，美國(guó)國(guó)防部進(jìn)行JSF項(xiàng)目論證，在國(guó)會(huì)的支持下，項(xiàng)目進(jìn)展順利且迅速。同年12月，根據(jù)美國(guó)國(guó)防部的要求，波音公司和洛克希德·馬丁公司分別組織了一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)參與JSF項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)。波音公司設(shè)計(jì)了大三角翼、一對(duì)傾斜式尾翼而無(wú)水平尾翼的X-32，洛馬公司則采用常規(guī)布局的X-35。兩個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了大約3年的對(duì)比試飛。

按照以往慣例，JSF動(dòng)力系統(tǒng)的爭(zhēng)奪大戲仍由美國(guó)兩大航空發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭GE、PW“領(lǐng)銜主演”?？紤]到JSF項(xiàng)目配套動(dòng)力的要求之高已經(jīng)達(dá)到了現(xiàn)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的金字塔尖，為了分?jǐn)傃邪l(fā)成本，兩大巨頭都分別組成團(tuán)隊(duì)參與競(jìng)爭(zhēng)，GE這次聯(lián)合的對(duì)象是當(dāng)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)三巨頭之一——英國(guó)的羅羅公司，具體事宜由羅羅公司兼并的原美國(guó)艾利遜公司負(fù)責(zé)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)在YF120的基礎(chǔ)上研制了F136發(fā)動(dòng)機(jī)。PW公司則聯(lián)合了羅羅公司、沃爾沃公司、DAS公司、Unison工業(yè)公司、IFADA/S公司等公司研制了F135發(fā)動(dòng)機(jī)。

2001年10月26日，JSF項(xiàng)目的競(jìng)標(biāo)結(jié)果揭曉，洛馬公司的X-35項(xiàng)目勝出，成為新一代海空軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的通用多用途戰(zhàn)斗機(jī)，并改稱(chēng)為F-35聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)。F-35戰(zhàn)機(jī)共分3個(gè)型號(hào)系列：常規(guī)起降型F-35A、垂直起降型F-35B和艦載機(jī)型F-35C。同時(shí)軍方宣布勝出的動(dòng)力系統(tǒng)為PW的設(shè)計(jì)方案，并授予了F135編號(hào)。

F135發(fā)動(dòng)機(jī)因F-35戰(zhàn)機(jī)的需求而啟動(dòng)

其實(shí)，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)能夠勝出，并非僥幸。在JSF項(xiàng)目驗(yàn)證機(jī)研制之時(shí)，PW已經(jīng)成功研制出世界上第一款第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)——F119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)是人類(lèi)歷史上第一型推重比達(dá)到10的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。PW公司正是以F119發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，針對(duì)兩家競(jìng)爭(zhēng)者各自的需求，設(shè)計(jì)了兩款略有不同的發(fā)動(dòng)機(jī)參與競(jìng)爭(zhēng)。波音型的F119發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)為JSF/F119-SE614，洛馬型的F119發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)為JSF/F119-SE611。

這兩種型別的發(fā)動(dòng)機(jī)之所以要存在這些差異，主要是因?yàn)閮蓚€(gè)JSF機(jī)體制造商所采用的垂直升力系統(tǒng)方案有所不同。波音公司采用了類(lèi)似“海鷂”戰(zhàn)斗機(jī)的多個(gè)矢量噴管下偏的垂直起飛方案，整體來(lái)看比較復(fù)雜；洛馬公司的X-35采用了發(fā)動(dòng)機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)升力風(fēng)扇+發(fā)動(dòng)機(jī)噴管下偏來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直起降。洛馬公司使用的發(fā)動(dòng)機(jī)JSF/F119-SE611采用了軸對(duì)稱(chēng)噴管，能夠垂直下偏提供主要升力。后來(lái)洛馬公司的X-35贏得了JSF計(jì)劃，那么F135發(fā)動(dòng)機(jī)也就被確定為聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)。和F-35戰(zhàn)斗機(jī)一樣，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)也是多國(guó)聯(lián)合研制。這點(diǎn)和F-35戰(zhàn)斗機(jī)的營(yíng)銷(xiāo)策略有異曲同工之處。

由于是以性能先進(jìn)而成熟的F119發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)的研制進(jìn)度相當(dāng)?shù)目?，?002年5月就成功通過(guò)了初步設(shè)計(jì)評(píng)審，2003年5月成功通過(guò)了關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審。2003年9月，第一臺(tái)F135生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)組裝工作完成。2003年10月，F(xiàn)135傳統(tǒng)起降型（CTOL）發(fā)動(dòng)機(jī)（FX631發(fā)動(dòng)機(jī)）開(kāi)始進(jìn)行地面測(cè)試，檢查了發(fā)動(dòng)機(jī)是否有液體泄漏、從地面慢車(chē)到空中慢車(chē)間的油門(mén)特性。2003年11月8日，PW的第一臺(tái)F135FX631生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)首次進(jìn)行加力試驗(yàn)。2008年11月25日，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)成功完成超聲速飛行，飛行的最高速度達(dá)到馬赫數(shù)1.05。到2007年年底，F(xiàn)135推進(jìn)系統(tǒng)完成了3600小時(shí)的方案驗(yàn)證試驗(yàn)、8500小時(shí)的系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)，垂直起飛推進(jìn)系統(tǒng)完成了4300小時(shí)試驗(yàn)和19次飛行試驗(yàn)。此后，用于F-35A的F135-PW-100于2010年年初正式定型，獲得服役許可。用于F-35C和F-35B的型號(hào)（F135-PW-400和F135-PW-600）之后也陸續(xù)投入使用。

F135發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)性能

F135的技術(shù)基礎(chǔ)乃是當(dāng)今世界第一款第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)F119，其性能之強(qiáng)悍至今沒(méi)有匹敵者。而脫胎于F119的F135自問(wèn)世之時(shí)就被冠以無(wú)數(shù)頭銜，其中史上推力最大最為耀眼。

作為F119的衍生型號(hào)，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)采用了與F119相同的核心機(jī)。F119發(fā)動(dòng)機(jī)采用3級(jí)風(fēng)扇，6級(jí)高壓壓氣機(jī)、帶氣動(dòng)噴嘴、浮壁式火焰筒的環(huán)形燃燒室、單級(jí)高壓渦輪、高壓渦輪轉(zhuǎn)向相反的單級(jí)低壓渦輪、加力燃燒室與二元矢量噴管等組成。整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分為風(fēng)扇、核心機(jī)、低壓渦輪、加力燃燒室、尾噴管和附件傳動(dòng)機(jī)匣等6個(gè)單元體，另外還有附件、FADEC以及發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。F119的結(jié)構(gòu)布局基本達(dá)到了當(dāng)今航空的頂端存在，而脫胎于F119的F135性能更為強(qiáng)悍。

為了繞開(kāi)一款航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的最大障礙，F(xiàn)135采用了F119的核心機(jī)。不過(guò)為了達(dá)到F-35戰(zhàn)機(jī)的性能要求，F(xiàn)135做了針對(duì)性的設(shè)計(jì)。為了提高推力，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量和涵道比，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度；為了獲得短距起飛和垂直著陸能力，STOVL型增加了新穎的升力風(fēng)扇、3軸承旋轉(zhuǎn)噴管、滾轉(zhuǎn)控制噴管。其3級(jí)風(fēng)扇采用超中等展弦比、前掠葉片、線(xiàn)性摩擦焊的整體葉盤(pán)，在保持原風(fēng)扇的高級(jí)壓比、高效率、大喘振裕度和輕質(zhì)量的同時(shí)，將風(fēng)扇的截面面積增加了10%～20%；6級(jí)壓氣機(jī)和F119基本相同。

F135的燃燒室是在F119的三維高紊流度、高旋流結(jié)構(gòu)的浮壁式燃燒室的基礎(chǔ)上做出相應(yīng)的改善，采用了高燃油空氣比燃燒室技術(shù)，在提供小的分布因子和所要求的徑向剖面的同時(shí)，滿(mǎn)足了效率目標(biāo)。高、低壓渦輪采用對(duì)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，“超冷”高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片和導(dǎo)流葉片采用計(jì)算流體力學(xué)方法設(shè)計(jì)，利用高溫材料鑄造，已在改進(jìn)的F119發(fā)動(dòng)機(jī)上得到驗(yàn)證，在提高耐久性的同時(shí)，能夠明顯提高工作溫度（幅度約為110℃）。低壓渦輪增加一級(jí)，變?yōu)?級(jí)，以適應(yīng)增大的風(fēng)扇帶來(lái)的驅(qū)動(dòng)負(fù)荷。

STOVL型F135-PW-600采用了升力風(fēng)扇+發(fā)動(dòng)機(jī)噴管下偏+姿態(tài)調(diào)整噴管的垂直起降方法。這種設(shè)計(jì)方案成功實(shí)現(xiàn)了垂直起降、俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)的能力。升力風(fēng)扇由涵道、風(fēng)扇、D形噴管、聯(lián)軸器、作動(dòng)裝置和伺服系統(tǒng)組成，由主發(fā)動(dòng)機(jī)的F135的2級(jí)低壓渦輪驅(qū)動(dòng)；升力風(fēng)扇直徑為1.27米，可以向前偏轉(zhuǎn)13°，向后偏轉(zhuǎn)30°，在STOVL工作狀態(tài)下使戰(zhàn)斗機(jī)上方的冷氣流以230千克/秒的流量垂直向下噴出，產(chǎn)生90千牛的升力；3軸承偏轉(zhuǎn)噴管向下偏轉(zhuǎn)（最多可偏轉(zhuǎn)95°，可左右偏轉(zhuǎn)10°），產(chǎn)生71.1千牛的升力；該噴管可使發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣從水平偏轉(zhuǎn)到垂直甚至向前，可使推力從水平方向偏轉(zhuǎn)到垂直向后。

此外，F(xiàn)-35戰(zhàn)機(jī)每側(cè)翼根處的滾轉(zhuǎn)控制噴管利用發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的引氣，也可提供16.7千牛的推力；在控制桿端的噴管差動(dòng)地打開(kāi)和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)控制；通過(guò)偏轉(zhuǎn)噴管偏航實(shí)現(xiàn)偏航控制；通過(guò)升力風(fēng)扇和發(fā)動(dòng)機(jī)推力分離實(shí)現(xiàn)俯仰控制。

F135的加力推力176.5千牛，軍用推力127.5千牛，重量1700千克，長(zhǎng)度為9.37米，懸?？偼屏?75.3千牛，短距起飛推力為169.5千牛。這樣的推力級(jí)別目前沒(méi)有任何實(shí)際裝備戰(zhàn)機(jī)的加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)能夠達(dá)到，就是F135的基礎(chǔ)F119都不能。由此可見(jiàn)F135性能之強(qiáng)悍！更值得一提的是，F(xiàn)135相對(duì)于F119的推力雖然大幅度增強(qiáng)，但實(shí)際上是在同樣核心機(jī)基礎(chǔ)上用流量、高速性能換推力，耗油率卻并未有多大的提高。不過(guò)，由于F135的涵道比增大，迎面截面增大，其高速性能略有下降。

美國(guó)第五代航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制情況

航空制造工業(yè)是當(dāng)今高科技的綜合利用，是集機(jī)械、電子、光學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)、激光學(xué)、管理學(xué)等最新成就為一體的一個(gè)新技術(shù)與新興工業(yè)的綜合體，是多學(xué)科交叉、技術(shù)密集的高科技領(lǐng)域，是集現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果之大成的科學(xué)技術(shù)。其發(fā)展水平標(biāo)志著一國(guó)的頂尖制造技術(shù)水平，對(duì)整個(gè)裝備制造業(yè)的發(fā)展起著引領(lǐng)作用。而航空發(fā)動(dòng)機(jī)更被譽(yù)為“工業(yè)皇冠上的明珠”，有“大工業(yè)之花”之稱(chēng)。目前，在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，基本形成GE、PW、RR三巨頭鼎立之勢(shì)，且在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間這種均勢(shì)都不會(huì)有明顯改變。在軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，美國(guó)依然一騎絕塵，遙遙領(lǐng)先；有著超級(jí)大國(guó)底蘊(yùn)的俄羅斯緊跟其后；而歐洲諸雄雖能在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域呼風(fēng)喚雨，但在軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域因無(wú)裝機(jī)對(duì)象，基本宣布掉隊(duì)；而我國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)通過(guò)長(zhǎng)期的積累，整體科研水平和工業(yè)制造能力有了很大的進(jìn)步，已現(xiàn)加快追趕的勢(shì)頭。就在我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)之時(shí)，美國(guó)人又向新的高峰發(fā)起了又一輪的沖鋒。

2012年11月4日，美國(guó)媒體集中報(bào)道一則消息——美國(guó)GE公司開(kāi)始進(jìn)行人類(lèi)歷史上首臺(tái)第五代發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)測(cè)試。這是美國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的又一次重大飛躍，標(biāo)志著人類(lèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的新一輪革新即將到來(lái)。

其實(shí)，GE正式測(cè)試第五代航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)之前，美國(guó)人在“動(dòng)力先行”這一科學(xué)策略指導(dǎo)下，早在多年前就正式著手醞釀了。

鏈接3

第五代發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

第五代發(fā)動(dòng)機(jī)是比目前發(fā)動(dòng)機(jī)更優(yōu)越的新一代噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，與前四代發(fā)動(dòng)機(jī)相比，第五代發(fā)動(dòng)機(jī)將呈現(xiàn)出以下五大突出特點(diǎn)：

1.耗油少、效率高。第五代發(fā)動(dòng)機(jī)具有更優(yōu)的結(jié)構(gòu)、更大的進(jìn)氣流量，能夠?qū)崿F(xiàn)更低的燃油消耗。其燃燒效率比目前最新的第四代發(fā)動(dòng)機(jī)（F-35戰(zhàn)斗機(jī)配裝的F135發(fā)動(dòng)機(jī)）提高25%，因此，耗油率比第四代戰(zhàn)機(jī)降低25%。耗油率的降低，可大大增加飛機(jī)的續(xù)航時(shí)間、待機(jī)時(shí)間，它可使亞聲速飛機(jī)航程增加30%，待機(jī)時(shí)間增加70%；使超聲速飛機(jī)航程增加40%，待機(jī)時(shí)間增加80%。

由于使用變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，當(dāng)飛機(jī)亞聲速巡航時(shí)采用高旁路渦扇模式，超聲速巡航時(shí)則采用渦噴模式，從而拓寬了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作范圍，提高了不同飛行狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，使第五代飛機(jī)既能亞聲速巡航飛行，又能進(jìn)行馬赫數(shù)3～6的超聲速巡航飛行。

2.推力大、重量輕。與第四代發(fā)動(dòng)機(jī)相比，第五代發(fā)動(dòng)機(jī)的功率得到大幅度提高，其中間推力將增大5%，最大推力增大10%，工作航程提高30%。它可進(jìn)一步提高飛機(jī)的飛行速度和高速?zèng)_刺能力，使第五代飛機(jī)在不開(kāi)加力的條件下保持超聲速巡航飛行，并縮短了飛機(jī)起降距離。

第五代發(fā)動(dòng)機(jī)中，新材料的貢獻(xiàn)率將達(dá)到50%以上?！安牧舷刃小币殉蔀楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)研制的客觀規(guī)律，第五代發(fā)動(dòng)機(jī)將采取新材料技術(shù)，綜合運(yùn)用單晶材料、熱強(qiáng)鈦合金、熱強(qiáng)鎳合金、耐火合金材料、特種合金材料、抗腐蝕保護(hù)層等大量新材料，使發(fā)動(dòng)機(jī)的重量大大減輕，其推重比可達(dá)到15～20，而目前最先進(jìn)飛機(jī)的推重比僅為10。

3.兼容性強(qiáng)、成本低。第五代發(fā)動(dòng)機(jī)采用自適應(yīng)通用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和高效嵌入式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，利用一種核心發(fā)動(dòng)機(jī)或基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)可衍生出系列發(fā)動(dòng)機(jī)，以滿(mǎn)足不同任務(wù)飛機(jī)的需求，因而擴(kuò)大了發(fā)動(dòng)機(jī)的適用范圍，使之具有良好的兼容性。

按照美軍設(shè)想，第五代發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿(mǎn)足未來(lái)全譜系空中平臺(tái)能力的需要，既可裝配在空軍第五代飛機(jī)上，也可裝配在海軍F/A-XX第五代超聲速戰(zhàn)斗機(jī)上，還可以供無(wú)人轟炸機(jī)使用。而且，第四代F-35、F-22等戰(zhàn)機(jī)只需經(jīng)過(guò)稍許改裝就能換裝第五代發(fā)動(dòng)機(jī)。

由于通用性強(qiáng)，第五代發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)可承受性將大大改善，其研發(fā)成本和裝備價(jià)格將大大降低，性?xún)r(jià)比也隨之提高。據(jù)美軍預(yù)測(cè)，第五代發(fā)動(dòng)機(jī)的性?xún)r(jià)比將是2000年基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)的10倍。

4.零件少、用途多。當(dāng)今航空發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部極其復(fù)雜。葉片、管路、各種零件幾乎貼在一起，使發(fā)動(dòng)機(jī)易出故障且維修困難。第五代發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用了變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)等新技術(shù)、新原理，能夠充分利用沖壓效果，使發(fā)動(dòng)機(jī)零件減少70%，可大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝阻力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和可維修性。

第五代發(fā)動(dòng)機(jī)除用于提供動(dòng)力外，還可用于飛機(jī)的方向控制。以戰(zhàn)斗機(jī)的垂尾為例，垂尾是保證飛行和起降時(shí)飛機(jī)方向安定與方向操縱的重要部件，但垂直豎立的巨型垂尾是隱身的噩夢(mèng)。

第五代發(fā)動(dòng)機(jī)利用發(fā)動(dòng)機(jī)的推力矢量、氣動(dòng)控制面和壓氣機(jī)引氣方式等實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的方向控制，使第五代飛機(jī)成為沒(méi)有垂尾的戰(zhàn)斗機(jī)。加之發(fā)動(dòng)機(jī)的排放溫度低，不僅提高了飛機(jī)的可靠性，還提高了飛機(jī)的隱身性能，使第五代飛機(jī)具有低可探測(cè)性的特點(diǎn)。

5.壽命長(zhǎng)、對(duì)飛行環(huán)境要求低。第五代自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)具有內(nèi)在可變特性，能夠根據(jù)不同的飛行環(huán)境調(diào)節(jié)涵道比和壓比，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)工作，提高其性能。因此，能使飛機(jī)適應(yīng)多種不同環(huán)境下飛行的需要。對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力的增強(qiáng)可相應(yīng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。為此，美軍第五代發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)壽命比第四代飛機(jī)增加50%～67%。

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)堅(jiān)信先進(jìn)武器裝備是戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的“決定性”因素，因而十分注重先進(jìn)軍事科技研發(fā)。近年來(lái)，由于俄羅斯大力開(kāi)發(fā)第四代戰(zhàn)機(jī)和更先進(jìn)的防空系統(tǒng)以及中國(guó)的強(qiáng)勢(shì)崛起，美國(guó)預(yù)測(cè)，在21世紀(jì)20年代中期，美國(guó)將會(huì)失去對(duì)中國(guó)和俄羅斯的空中優(yōu)勢(shì)。美國(guó)軍方為使自己始終處于航空技術(shù)的最前沿，保持對(duì)潛在對(duì)手的飛機(jī)代差，確保美國(guó)的空中優(yōu)勢(shì)，綜合多方意見(jiàn)，決定終止第四代戰(zhàn)機(jī)F-22的生產(chǎn)，把資金用于第五代戰(zhàn)機(jī)的研制。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知，新一代戰(zhàn)機(jī)從概念研究到投入使用約需20年時(shí)間。因此，美國(guó)在F-22尚未成熟定型之時(shí)的21世紀(jì)初，便已開(kāi)始了第五代戰(zhàn)機(jī)的概念性研究，在長(zhǎng)期奉行的“動(dòng)力先行”的策略使然下，發(fā)動(dòng)機(jī)的研究更是早在20世紀(jì)末便已拉開(kāi)了序幕。

VAATE計(jì)劃

根據(jù)美國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可知，美國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)之所以長(zhǎng)期遙遙領(lǐng)先于他國(guó)，堅(jiān)定不移地執(zhí)行核心機(jī)計(jì)劃是一條十分重要的黃金規(guī)律之一。美國(guó)通過(guò)一系列核心機(jī)計(jì)劃的執(zhí)行，自航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)早期就在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究中搶占先進(jìn)。早期的ATEGG計(jì)劃造就了冷戰(zhàn)時(shí)代美國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的繁榮，而1988年美國(guó)正式推行的“綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”（IHPTET）計(jì)劃則為新世紀(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的再次“獨(dú)孤求敗”奠定了雄厚的基礎(chǔ)。

隨著IHPTET計(jì)劃的結(jié)束，2006年，美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室及其工業(yè)伙伴發(fā)起了IHPTET計(jì)劃的后續(xù)計(jì)劃——“多用途經(jīng)濟(jì)可承受先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)”（VAATE），其指導(dǎo)思想是在提高性能的同時(shí)，更加強(qiáng)調(diào)降低成本。同以往一樣，能夠參加這樣級(jí)別盛宴的都是該領(lǐng)域的最頂尖選手——PW、GE、RR（主要由RR美國(guó)公司負(fù)責(zé)）仍是這場(chǎng)大戲的“男主角”。

鏈接4

VAATE計(jì)劃總目標(biāo)是在2017年達(dá)到的技術(shù)水平使經(jīng)濟(jì)可承受性提高到F119的10倍。由于技術(shù)難度高，美國(guó)高層經(jīng)過(guò)充分論證后，將VAATE計(jì)劃的技術(shù)驗(yàn)證分為兩個(gè)階段進(jìn)行。

第一階段：開(kāi)發(fā)“自適應(yīng)通用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”（ADVENT）項(xiàng)目。由RR和GE承擔(dān)，共耗資5.24億美元，目的是演示第五代戰(zhàn)機(jī)的動(dòng)力裝置技術(shù)，該技術(shù)的主要用途是為下一代亞聲速轟炸機(jī)提供動(dòng)力。從美國(guó)軍方授出的合同我們可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，一向在軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域呼風(fēng)喚雨的PW竟然未能贏得合同！雖然我們不知道PW為何失敗，但PW卻并未就此放棄，仍自籌資金投資于變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的樣機(jī)上，加速向前。根據(jù)2012年7月份PW高層透露，PW希望能在2013年的第一季度測(cè)試改進(jìn)自 F135發(fā)動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)風(fēng)扇和全新的高壓核心機(jī)。當(dāng)然，PW希望能取代承擔(dān)ADVENT計(jì)劃中的一家（RR或者GE），奪取接下來(lái)的“自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展”（AETD）項(xiàng)目。

該階段的驗(yàn)證項(xiàng)目也是分為兩步進(jìn)行：第一步，在2007～2008年，進(jìn)行為期一年的概念性探究，初步設(shè)計(jì)出發(fā)動(dòng)機(jī)并進(jìn)行關(guān)鍵部件試驗(yàn)；第二步，從2008年9月開(kāi)始，進(jìn)行為期3年的研制。要在風(fēng)扇、壓氣機(jī)和渦輪等核心部件上取得重大突破。

目前，這一階段的項(xiàng)目任務(wù)已基本完成，GE已經(jīng)完成自適應(yīng)風(fēng)扇技術(shù)的演示實(shí)驗(yàn)工作，并進(jìn)行了首臺(tái)核心機(jī)的測(cè)試，發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)已實(shí)現(xiàn)變流量工作，并進(jìn)行了技術(shù)驗(yàn)證，2013年還進(jìn)行了整機(jī)試驗(yàn)。

GE雖然首拔頭籌，RR也不落后。RR官方在2012年6月宣布，公司也已完成ADVENT樣機(jī)風(fēng)扇部件的測(cè)試，希望能在2012年底進(jìn)行其核心機(jī)的測(cè)試。

第二階段：是“自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)”（AETD）項(xiàng)目。

由GE和PW承擔(dān)，重點(diǎn)是為超聲速戰(zhàn)機(jī)提供動(dòng)力。該項(xiàng)目從2013年開(kāi)始，為期4年，2015年進(jìn)行環(huán)形燃燒室和高壓壓氣機(jī)裝置試驗(yàn)，2016年進(jìn)行自適應(yīng)風(fēng)扇和核心機(jī)驗(yàn)證機(jī)試驗(yàn)，并完成地面演示驗(yàn)證，2017年進(jìn)行整機(jī)地面試驗(yàn)。

同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)也同樣適應(yīng)美國(guó)海軍正在醞釀的F/A-XX第五代戰(zhàn)機(jī)。美國(guó)海軍當(dāng)前正致力于所謂的“變循環(huán)先進(jìn)技術(shù)”（VCAT）研究。不過(guò)，根據(jù)美國(guó)三軍向來(lái)單干的風(fēng)格，美國(guó)?？哲姷陌l(fā)動(dòng)機(jī)都或多或少有著區(qū)別的。美國(guó)海軍希望他們需要的未來(lái)下一代戰(zhàn)機(jī)要具有更遠(yuǎn)航程和更大的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)然，不管兩軍需求有著怎么樣的區(qū)別，但基本的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是相同的。

美軍認(rèn)為，這兩個(gè)項(xiàng)目對(duì)于保持美國(guó)在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位十分重要，其意義如同由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)向渦輪噴氣風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步，對(duì)于全面提升飛機(jī)的性能具有里程碑意義。

AETD項(xiàng)目將進(jìn)一步推進(jìn)ADVENT項(xiàng)目研發(fā)的變前端可旁通“三流道”架構(gòu)技術(shù)的成熟。傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)擁有核心機(jī)和涵道兩種氣流形式而，這種新型發(fā)動(dòng)機(jī)有了第三個(gè)外流道。關(guān)閉外流道，將降低涵道比并提升起飛和超聲速階段的推力；打開(kāi)外流道，則能提高涵道比以降低巡航和留空時(shí)的燃油消耗率。增加的流道還能夠?yàn)轱w機(jī)系統(tǒng)提供額外的冷卻空氣；能更好地與進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)氣流供求在整個(gè)飛行包線(xiàn)內(nèi)相匹配以使得阻力最小。在AETD項(xiàng)目中，GE和PW將設(shè)計(jì)能用于F-35的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)與目前PW的F135相比，凈推力增加5%，二次燃燒增加10%，耗油率降低25%。

根據(jù)公開(kāi)資料可知，AETD計(jì)劃項(xiàng)目是瞄準(zhǔn)洛馬公司F-35戰(zhàn)機(jī)在2020年以后的升級(jí)以及為2030年前后下一代戰(zhàn)機(jī)提供動(dòng)力。

正是AETD計(jì)劃的繼續(xù)推進(jìn)，人們對(duì)美國(guó)未來(lái)第五代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展軌跡有了基本的了解。美國(guó)預(yù)研的第五代航空發(fā)動(dòng)機(jī)有多種不同的類(lèi)型，比較典型的有兩種：

以GE為代表的新一代發(fā)動(dòng)機(jī)。這類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)用了自適應(yīng)通用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)等新的技術(shù)方案和原理。主要是利用失敗的F120發(fā)動(dòng)機(jī)提出的設(shè)計(jì)理念；

以PW為代表的改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī)。這類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)是在已有的發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上行改進(jìn)而成。例如，PW研制的PW9000第五代發(fā)動(dòng)機(jī)就是在F135和“靜潔動(dòng)力”P(pán)W1000齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。

不過(guò)，無(wú)論這兩家公司選擇什么樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，都運(yùn)用了變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)風(fēng)扇技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，并且都研制了全新的高壓核心機(jī)。

目前，我們雖然不知道美國(guó)高層對(duì)第五代發(fā)動(dòng)機(jī)的研制方有什么樣的未來(lái)規(guī)劃，但根據(jù)美國(guó)一向的軍備發(fā)展作風(fēng)，不會(huì)將關(guān)鍵技術(shù)交給外人。雖然英國(guó)和美國(guó)存在著“特殊的國(guó)與國(guó)關(guān)系”，估計(jì)RR只是陪太子讀書(shū)的份兒，最終仍然會(huì)上演雙雄爭(zhēng)霸的好戲。只是習(xí)慣后發(fā)制人的GE這次卻實(shí)實(shí)在在地?fù)屨剂讼葯C(jī)。

第五代發(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)原理上最重大的突破就是“三流道”技術(shù)。該技術(shù)全稱(chēng)是：變前端可旁通三流道架構(gòu)技術(shù)。傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)擁有核心機(jī)和涵道兩種氣流形式，第五代發(fā)動(dòng)機(jī)則有了第三個(gè)外流道。該流道的第三股氣流由自適應(yīng)風(fēng)扇產(chǎn)生，可提升飛機(jī)起飛和超聲速階段的推力；打開(kāi)外流道，則能降低巡航和滯空時(shí)間的燃油消耗率。

此外，有了外流道，可極大改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管理及進(jìn)氣道壓力恢復(fù)能力，減少發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣流阻力，提高氣動(dòng)效率，從而減小安裝阻力，增大發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，這不僅能使飛機(jī)達(dá)到馬赫數(shù)6這樣的超高速，還可為飛機(jī)提供額外的冷卻空氣。

總結(jié)

目前，美國(guó)已經(jīng)宣布進(jìn)行第五代核心機(jī)的測(cè)試，由此可見(jiàn)，美國(guó)已經(jīng)按部就班的穩(wěn)定推進(jìn)第五代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作。雖然，這只是核心機(jī)的測(cè)試工作，但我們可以從中發(fā)現(xiàn)，美國(guó)利用雄厚的國(guó)力，在正確方針指導(dǎo)下，已經(jīng)在未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)領(lǐng)域再次領(lǐng)先一步。這也給所有追趕者提供了最直接的追趕目標(biāo)，當(dāng)然也為后來(lái)者樹(shù)立了一道高高在上的豐碑。目前，我國(guó)的第四代戰(zhàn)機(jī)已經(jīng)傲嘯大西南。但誰(shuí)都不否認(rèn)，殲20的“心臟”仍是弱項(xiàng)。我國(guó)若想在未來(lái)空戰(zhàn)搶占優(yōu)勢(shì)，就必須發(fā)展自己的第五代戰(zhàn)機(jī)。當(dāng)然，在支撐五代機(jī)的“心臟”面前，國(guó)人必須自加壓力，迎難而上，勇攀更高的山峰。（續(xù)完）