淺談國外艦載機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)

■ 卜振鵬 吳雄 / 海軍研究院

（卜振鵬，海軍研究院，工程師，主要從事海軍航空發(fā)動機(jī)論證研究工作）

相較于陸基飛機(jī)，艦載機(jī)的發(fā)展與海軍艦艇的建設(shè)發(fā)展密切相關(guān)，而艦載機(jī)的發(fā)動機(jī)除需考慮電磁兼容、油料和防腐等特點(diǎn)外，還需要考慮更大的推力/功率和更好的加速性，同時還要做好質(zhì)量、耗油率、結(jié)構(gòu)尺寸與上述因素之間的平衡。

選取或研制艦載機(jī)發(fā)動機(jī)時，除了考慮與陸基飛機(jī)發(fā)動機(jī)共有的因素外，還須針對艦載機(jī)的使用需求和使用環(huán)境等因素進(jìn)行綜合考慮。艦載機(jī)對發(fā)動機(jī)的需求通常包括更大的推力/功率和更好的加速性（以獲得更好的起飛性能），同時還要做好質(zhì)量、耗油率、結(jié)構(gòu)尺寸與上述因素之間的平衡。另外，在艦載使用條件下，發(fā)動機(jī)對電磁兼容、油料和維護(hù)保障資源的要求更為嚴(yán)格，海洋環(huán)境下的腐蝕防護(hù)工作也尤為重要。

美國艦載機(jī)配套發(fā)動機(jī)現(xiàn)狀

固定翼飛機(jī)發(fā)動機(jī)

美國海軍現(xiàn)役的固定翼艦載機(jī)主要包括AV-8B艦載攻擊機(jī)、F/A-18E/F艦載戰(zhàn)斗攻擊機(jī)、F-35B/C艦載機(jī)和T-45艦載教練機(jī)等。

AV-8B艦載攻擊機(jī)是在AV-8攻擊機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，是一型可在艦上垂直起飛/短距降落的艦載攻擊機(jī)，配套動力沿用羅羅公司的“飛馬”推力換向渦扇發(fā)動機(jī)（編號為F402渦扇發(fā)動機(jī)）。推進(jìn)系統(tǒng)是垂直起飛/短距降落飛機(jī)的核心，其原理、構(gòu)型決定了飛機(jī)的特點(diǎn)。AV-8飛機(jī)的發(fā)展史在某種程度上就是“飛馬”發(fā)動機(jī)的發(fā)展史，甚至可以說，飛機(jī)機(jī)體就是為了“包住”“飛馬”發(fā)動機(jī)而設(shè)計的?！帮w馬”發(fā)動機(jī)于1957年開始研制，1968年完成，只配裝于AV-8系列飛機(jī)。AV-8B艦載攻擊機(jī)早期配裝F402-RR-406渦扇發(fā)動機(jī)，后期換裝了性能更好的F402-RR-408渦扇發(fā)動機(jī)。

F404渦扇發(fā)動機(jī)

F414渦扇發(fā)動機(jī)

表1 F404渦扇發(fā)動機(jī)和F414渦扇發(fā)動機(jī)主要參數(shù)

F/A-18E/F艦載戰(zhàn)斗攻擊機(jī)的配套動力為兩臺GE航空集團(tuán)的F414渦扇發(fā)動機(jī)。F414渦扇發(fā)動機(jī)是針對飛機(jī)使用需求，以F404和F412渦扇發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)，采用經(jīng)驗證的技術(shù)改型研制的一型發(fā)動機(jī)，主要配裝于F/A-18E/F艦載戰(zhàn)斗攻擊機(jī)。在研制過程中，美國海軍要求F414渦扇發(fā)動機(jī)的長度和噴管直徑與F404發(fā)動機(jī)（F/A-18A/B/C/D艦載攻擊機(jī)配套動力）保持一致，以滿足將F414渦扇發(fā)動機(jī)裝入F404渦扇發(fā)動機(jī)艙的要求，并要求F414渦扇發(fā)動機(jī)的性能、可靠性、維修性和環(huán)境適應(yīng)性等必須等于或優(yōu)于F404渦扇發(fā)動機(jī)。F414渦扇發(fā)動機(jī)研制成功后，GE航空集團(tuán)采用新的策略不斷對發(fā)動機(jī)進(jìn)行改進(jìn)升級，進(jìn)而發(fā)展出兩種型號，即延長使用壽命的F414-EDE和提高性能的F414-EPE，兩型發(fā)動機(jī)的硬件完全相同，只是控制系統(tǒng)軟件不同。F414-EDE的推力不變，顯著提高了耐久性和維修間隔，熱端部件壽命提高3倍，耗油率降低3%～4%；F414-EPE壽命不變，推力提高20%以上，耗油率降低1%～2%，推重比達(dá)到了10∶1。

F-35B/C艦載機(jī)屬于F-35戰(zhàn)斗機(jī)系列（包括空軍的F-35A、海軍陸戰(zhàn)隊的F-35B和海軍的F-35C）。為滿足飛機(jī)多種功能要求，推進(jìn)系統(tǒng)采用“主發(fā)動機(jī)+升力系統(tǒng)”的組合推進(jìn)方案。主發(fā)動機(jī)為F135渦扇發(fā)動機(jī)，由普惠公司研制；升力風(fēng)扇由羅羅公司研制，目前只配裝于F-35系列飛機(jī)。針對飛機(jī)使用需求，為降低研制難度和風(fēng)險，F(xiàn)135渦扇發(fā)動機(jī)由F119渦扇發(fā)動機(jī)（F-22戰(zhàn)斗機(jī)配套動力）改進(jìn)而來，采用了F119渦扇發(fā)動機(jī)核心機(jī)，重新設(shè)計了風(fēng)扇和低壓渦輪，改進(jìn)了加力燃燒室、噴管和控制系統(tǒng)。在推進(jìn)系統(tǒng)研制之初，就強(qiáng)調(diào)不再遵循性能驅(qū)動原則，而是將經(jīng)濟(jì)可承受性作為重要設(shè)計指標(biāo)。據(jù)報道，與現(xiàn)役的F110和F100渦扇發(fā)動機(jī)相比，研制F135推進(jìn)系統(tǒng)的費(fèi)用節(jié)省35%，硬件和軟件的可靠性提高2倍，維護(hù)人員數(shù)量減少30%～50%，故障判斷和修理的時間減少94%。此后，美國海軍又安排普惠公司開展了F135發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)改進(jìn)，使F135發(fā)動機(jī)的耗油率降低5%～7%，推力提高10%。

T-45“蒼鷹”艦載教練機(jī)是BAE系統(tǒng)公司在陸基“鷹”高級教練機(jī)基礎(chǔ)上的改型。T-45配裝1臺英國和法國聯(lián)合研制的MK871渦扇發(fā)動機(jī)。MK系列渦扇發(fā)動機(jī)于1965年開始研制，1972年完成，后經(jīng)不斷改進(jìn)，衍生發(fā)展多個型號，配裝多型陸基飛機(jī)。為滿足T-45艦載教練機(jī)的使用需求，MK871發(fā)動機(jī)采用了防腐措施，增加了備份控制系統(tǒng)，并提高抗電磁干擾能力。此外，為解決T-45艦載教練機(jī)著艦過程中發(fā)動機(jī)響應(yīng)慢的問題，對燃油控制系統(tǒng)也做了相應(yīng)調(diào)整。

T64渦軸發(fā)動機(jī)

T408渦軸發(fā)動機(jī)

表2 T64渦軸發(fā)動機(jī)和T408渦軸發(fā)動機(jī)主要參數(shù)

旋翼機(jī)發(fā)動機(jī)

CH-53E艦載直升機(jī)是在雙發(fā)構(gòu)型的CH-53D艦載直升機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)研制的，配套動力沿用了3臺T64渦軸發(fā)動機(jī)。T64渦軸發(fā)動機(jī)是GE航空集團(tuán)根據(jù)美國海軍要求，為地面支援和戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)設(shè)計的渦軸/渦槳發(fā)動機(jī)，軍用型為T64，民用型為CT64。T64渦軸發(fā)動機(jī)于1955年開始研制，1963年定型，主要配裝于CH-53系列直升機(jī)。該型發(fā)動機(jī)不斷改型，衍生發(fā)展，功率等性能大幅提升。CH-53K是該系列直升機(jī)的最新發(fā)展型號，目前正在研制中。CH-53K艦載直升機(jī)配裝3臺T408渦軸發(fā)動機(jī)，該型發(fā)動機(jī)為GE航空集團(tuán)針對飛機(jī)使用需求，在CFE73B民用渦扇發(fā)動機(jī)和T407渦槳發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)研制，相比T64渦軸發(fā)動機(jī)，其功率提高57%，油耗降低18%，從而使CH-53K的有效載荷是CH-53E的3倍。

MH-60R/S艦載直升機(jī)是美國陸軍“黑鷹”直升機(jī)衍生發(fā)展型，配裝兩臺T700-GE-401C渦軸發(fā)動機(jī)。T700渦軸發(fā)動機(jī)是GE航空集團(tuán)針對美國陸軍的“黑鷹”直升機(jī)發(fā)展需求而研制的。T700-GE-401C在T700渦軸發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上，主要對海洋環(huán)境適應(yīng)性、功率提升等進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。該型發(fā)動機(jī)通過不斷衍生發(fā)展，功率等性能大幅提升，并衍生發(fā)展了民用型。

V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)配裝兩臺T406渦軸發(fā)動機(jī)。在V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)研制時，經(jīng)評估認(rèn)為需要1臺功率范圍3680～4420kW、可靠性高、維修性好、使用費(fèi)用低和耗油率低的渦軸發(fā)動機(jī)。針對飛機(jī)使用需求，設(shè)計人員在T56渦槳發(fā)動機(jī)（E-2D預(yù)警機(jī)配套動力）基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將單轉(zhuǎn)子的渦槳發(fā)動機(jī)改為自由渦輪式的渦軸發(fā)動機(jī)，發(fā)展出T406發(fā)動機(jī)。該型發(fā)動機(jī)僅用于V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，同時與T56渦槳發(fā)動機(jī)具有較大的通用性。

俄羅斯艦載機(jī)配套發(fā)動機(jī)現(xiàn)狀

固定翼飛機(jī)發(fā)動機(jī)

米格-29艦載戰(zhàn)斗機(jī)是在米格-29戰(zhàn)斗機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)研制的，配裝兩臺RD-33渦扇發(fā)動機(jī)。為滿足艦載使用需求，RD-33發(fā)動機(jī)提升了發(fā)動機(jī)推力和腐蝕防護(hù)能力。為滿足在航母上起飛需求，RD-33渦扇發(fā)動機(jī)的早期型號設(shè)置了應(yīng)急工作狀態(tài)，可短時提高發(fā)動機(jī)推力。RD-33發(fā)動機(jī)于1981年開始研制，1984年完成，主要配裝于米格-29系列飛機(jī)，研制時對標(biāo)美國F-18艦載機(jī)配裝的F404渦扇發(fā)動機(jī)（米格-29戰(zhàn)斗機(jī)針對美國空軍的F-16/F-18飛機(jī)而研制），兩型發(fā)動機(jī)的加力推力相當(dāng)。該型發(fā)動機(jī)經(jīng)過改型，性能不斷提升，其中配裝米格-29艦載戰(zhàn)斗機(jī)的RD-33MK發(fā)動機(jī)，通過采用新技術(shù)，進(jìn)一步提高了推力，已不再設(shè)置應(yīng)急工作狀態(tài)。

蘇-33艦載戰(zhàn)斗機(jī)配裝兩臺AL-31F系列渦扇發(fā)動機(jī)。同RD-33渦扇發(fā)動機(jī)一樣，為滿足在航母上起飛需求，該發(fā)動機(jī)的早期型號也設(shè)置了應(yīng)急工作狀態(tài)，可短時提高推力。AL-31F渦扇發(fā)動機(jī)于1973年開始研制，1985年完成，主要配裝于蘇-27等飛機(jī)，研制時對標(biāo)美國F-15戰(zhàn)斗機(jī)配裝的F100渦扇發(fā)動機(jī)（蘇-27戰(zhàn)斗機(jī)針對美國空軍的F-15戰(zhàn)斗機(jī)而研制），兩型發(fā)動機(jī)的加力推力相當(dāng)。

旋翼機(jī)發(fā)動機(jī)

卡-29和卡-31分別是俄羅斯卡莫夫公司研制的雙發(fā)中型共軸式反轉(zhuǎn)旋翼戰(zhàn)斗運(yùn)輸直升機(jī)和雷達(dá)預(yù)警直升機(jī)，均配裝兩臺TV3-117渦軸發(fā)動機(jī)或VK2500渦軸發(fā)動機(jī)。TV3-117渦軸發(fā)動機(jī)為克里莫夫-伊索托夫設(shè)計局為米-24武裝運(yùn)輸直升機(jī)和米-14反潛直升機(jī)研制的，由烏克蘭馬達(dá)西奇生產(chǎn)，共有20多種改型，廣泛用于米-14/17/28/35以及卡-29/31/50等直升機(jī)。由于俄羅斯和烏克蘭關(guān)系趨于緊張，俄羅斯已開始研制替換TV3-117渦軸發(fā)動機(jī)的VK2500渦軸發(fā)動機(jī)，以達(dá)到“原位”替換的目標(biāo)。

英法艦載機(jī)配套發(fā)動機(jī)現(xiàn)狀

固定翼飛機(jī)發(fā)動機(jī)

“陣風(fēng)”系列是法國達(dá)索公司為法國空軍和海軍研制的多功能戰(zhàn)斗機(jī)，最初的動力裝置是兩臺GE航空集團(tuán)的F404渦扇發(fā)動機(jī)，后續(xù)被兩臺法國斯奈克瑪公司的M88渦扇發(fā)動機(jī)所替換。在M88渦扇發(fā)動機(jī)研制過程中，為減少對飛機(jī)平臺的改動，其總體性能、外廓尺寸與安裝接口等被要求與F404渦扇發(fā)動機(jī)盡量保持一致。M88渦扇發(fā)動機(jī)于1996年完成研制，之后主要配裝于“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)。

旋翼機(jī)發(fā)動機(jī)

英法兩國的艦載直升機(jī)主要為EH101和NH90直升機(jī)。EH101直升機(jī)是英國韋斯特蘭直升機(jī)公司和意大利阿古斯塔公司聯(lián)合研制的多用途直升機(jī)，選用3臺RTM322渦軸發(fā)動機(jī)或者CT7渦軸發(fā)動機(jī)，除能滿足兩國海軍的要求以外，還能執(zhí)行民用和其他任務(wù)。NH90直升機(jī)是由英法等國聯(lián)合研制的雙發(fā)單旋翼中型軍用多用途直升機(jī)，可選用兩臺RTM322渦軸發(fā)動機(jī)或CT7渦軸發(fā)動機(jī)。EH101直升機(jī)研制早期配裝3臺GE航空集團(tuán)的CT7渦軸發(fā)動機(jī)（T700渦軸發(fā)動機(jī)的民用型），但同時，英法兩國也開始聯(lián)合研制RTM322渦軸發(fā)動機(jī)，因此在RTM322渦軸發(fā)動機(jī)研制過程中，為減少對平臺的改動和替換CT7渦軸發(fā)動機(jī)，其總體性能、外廓尺寸與安裝接口等與CT7渦軸發(fā)動機(jī)基本一致。

RTM322渦軸發(fā)動機(jī)

T700渦軸發(fā)動機(jī)

表3 RTM322渦軸發(fā)動機(jī)和T700渦軸發(fā)動機(jī)主要參數(shù)表

艦載機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)展特點(diǎn)

受本國海軍的發(fā)展戰(zhàn)略和工業(yè)實(shí)力等因素影響，各國艦載機(jī)發(fā)動機(jī)的發(fā)展過程總體來看具有以下特點(diǎn)。

一是發(fā)展艦載機(jī)發(fā)動機(jī)須立足本國國情。美國海軍規(guī)模位于世界首位，其艦載機(jī)數(shù)量也是世界第一，其強(qiáng)大的航空工業(yè)體系較好地支撐了艦載機(jī)發(fā)動機(jī)的研制，使其艦載機(jī)發(fā)動機(jī)處于引領(lǐng)地位，進(jìn)而支撐了艦載機(jī)的發(fā)展。英法等國艦載機(jī)規(guī)模小于美國，其艦載機(jī)發(fā)動機(jī)以“跟蹤”發(fā)展為主，研制的艦載機(jī)多先期采用美國軍用發(fā)動機(jī)，但又同步研制具有“原位”替換特性的配套發(fā)動機(jī)，以實(shí)現(xiàn)動力自主保障。俄羅斯艦載機(jī)規(guī)模較小，其艦載戰(zhàn)斗機(jī)多以岸基飛機(jī)衍生發(fā)展，其配套動力是在岸基飛機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，滿足艦載使用需求。

二是相對獨(dú)立發(fā)展，持續(xù)改進(jìn)提升。航空發(fā)動機(jī)的推力或功率量級由平臺需求確定后，美國作為引領(lǐng)者，會根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)水平按比當(dāng)前現(xiàn)役同類發(fā)動機(jī)有所提升的方式，來確定發(fā)動機(jī)的耗油率、質(zhì)量和可靠性等指標(biāo)；其他國家的發(fā)展多對標(biāo)美國相應(yīng)型號的發(fā)動機(jī)，立足國內(nèi)開展研制。無論美國還是其他國家，航空發(fā)動機(jī)的研制與平臺的研制都相對獨(dú)立，航空發(fā)動機(jī)投入使用后，再不斷解決使用中暴露的問題和應(yīng)用新技術(shù)來改進(jìn)改型，提升發(fā)動機(jī)性能，同時帶來飛機(jī)平臺性能的提升。

三是各軍種協(xié)同發(fā)展，注重軍民融合。由于航空發(fā)動機(jī)研制難度大、研制周期長，即使國力雄厚的美國也無法實(shí)現(xiàn)各軍種獨(dú)自研發(fā)航空發(fā)動機(jī)，在飛機(jī)研制中會優(yōu)先選用成熟發(fā)動機(jī)，而在需要新研航空發(fā)動機(jī)時，也注重考慮各軍種需求，盡量聯(lián)合研制。對于軍民都有需求的發(fā)動機(jī)，有的是軍方研制并投入使用后，再取得適航認(rèn)證，投入民用市場；有的是取得適航認(rèn)證的民用發(fā)動機(jī)型號，經(jīng)軍方認(rèn)證后被軍方采用。

結(jié)束語

艦載機(jī)發(fā)動機(jī)的發(fā)展與各國海軍的發(fā)展需求以及本國技術(shù)基礎(chǔ)密切相關(guān)，加之航空發(fā)動機(jī)本身就存在研制難度大的因素，短期內(nèi)各國海軍艦載機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)展難以有較大變化，因此，識別艦載機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)展特點(diǎn)，可為我國艦載機(jī)發(fā)動機(jī)的發(fā)展提供一定的參考和借鑒。