戰(zhàn)斗機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī);戰(zhàn)斗機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速多少
我們還需要努力
前言
上世紀(jì)80年代時(shí)，中國空軍就讓人震驚，其驚人點(diǎn)不但包括規(guī)模龐大，也包括技術(shù)落后。以戰(zhàn)斗機(jī)為例，當(dāng)時(shí)中國裝備數(shù)量最大的居然是殲-6這種在西方看來幾乎等同博物館產(chǎn)品的型號(hào)，而同時(shí)期的伊朗和伊拉克卻配備了大量F-14、米格-29以及幻影系列，更不要說對(duì)比美蘇。這種差距即使在今天看起來也讓人不忍直視，甚至感到后怕。
然而短短30多年后，中國空軍卻猶如換了個(gè)人一樣，不但三代機(jī)的數(shù)量達(dá)到了世界第二，而且更是借助名震全球的殲-20躋身四代機(jī)俱樂部。這西方也肯定郁悶：原本老美各種戰(zhàn)斗機(jī)的一代代假想敵肯定是毛熊家的蘇霍伊或米格系列，而今咋就換成中華家這個(gè)陌生的對(duì)手了呢？
雖說殲-20的布局設(shè)計(jì)、隱形能力以及機(jī)載設(shè)備都達(dá)到世界頂尖，但自打它試飛后，發(fā)動(dòng)機(jī)這塊“心病”就一直被國人掛念，乃至于有些失去萬年老二地位的戰(zhàn)斗民族專家還特地抓住這點(diǎn)說事兒，甚至話里話外表示殲-20就是個(gè)無法超音速巡航的樣子貨，實(shí)際戰(zhàn)斗力還不如蘇-35。這種看法自然是笑話，但中國和俄羅斯在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上存在技術(shù)差距也是不爭的事實(shí)，而對(duì)比美國，這差距就更不用說了。
▲ 發(fā)動(dòng)機(jī)這道關(guān)卡，也是殲-20面對(duì)的最后最難的關(guān)卡
移民國家的大雜燴成就最牛戰(zhàn)斗機(jī)心臟
早在著名的F-22試飛后，美國國防部就開始著手研發(fā)一種價(jià)格相對(duì)低廉、能兼顧多軍種和外銷的多用途隱身戰(zhàn)斗機(jī)，這就催生了聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)（JSF）項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目最終發(fā)展出了今天F-35戰(zhàn)斗機(jī)。按照美國歷來的傳統(tǒng)，往往是多種航空發(fā)動(dòng)機(jī)是在同一核心機(jī)的基礎(chǔ)上衍生而來。由此，JSF項(xiàng)目也會(huì)最大程度秉承F-22的標(biāo)配技術(shù)，而普拉特.惠特尼公司（簡稱普惠或PW）這個(gè)稱霸美國航發(fā)界數(shù)十年的超級(jí)巨頭企業(yè)曾為F-22研發(fā)了F-119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)，所以也順理成章地成為JSF項(xiàng)目戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)者。
▲ 盡管只是借鑒研究，但F-35終歸也和雅克-141有那么點(diǎn)關(guān)系
正如美帝的移民國家屬性一樣，F(xiàn)-135發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)也有點(diǎn)大雜燴屬性，甚至美國技術(shù)人員還借助蘇聯(lián)解體初期的大環(huán)境優(yōu)勢，以極少的資金就獲得了雅克-141這一世界首款垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)的重要技術(shù)，這其中自然也包括它的R79V-300發(fā)動(dòng)機(jī)。
這是由于JSF項(xiàng)目早在競標(biāo)時(shí)就希望發(fā)展出垂直起降的特殊改進(jìn)型，因此昔日頭號(hào)對(duì)手的這塊石，自然可以攻自家的玉。這樣一來，F(xiàn)-135在先天上就有了點(diǎn)毛熊家的基因。但話說回來，美國也只是借鑒了R79V-300發(fā)動(dòng)機(jī)的部分思路，并針對(duì)其不足進(jìn)行改進(jìn)。
更值得注意的是，F(xiàn)-135的開發(fā)團(tuán)隊(duì)包含了四個(gè)頂尖航空界大神級(jí)企業(yè)，除普惠（負(fù)責(zé)最終的主機(jī)和系統(tǒng)集成）外，還有英國老牌航空名企羅爾斯.羅伊斯（負(fù)責(zé)垂直升力系統(tǒng)）、美國航空航天業(yè)服務(wù)巨頭伍德沃德（負(fù)責(zé)燃油系統(tǒng)）以及松斯特蘭德（負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)，變速箱和監(jiān)控系統(tǒng)）。
在四個(gè)大神的分工協(xié)作下，首臺(tái)F-135發(fā)動(dòng)機(jī)最終于2004年完成測試，5年后普惠又專門攻關(guān)增強(qiáng)部件領(lǐng)域，使其可靠性大幅提升。在該發(fā)動(dòng)機(jī)逐步完善的同時(shí)，F(xiàn)-35系列也完成了一次次試飛。
▲ F-35在航發(fā)等技術(shù)領(lǐng)域最大程度吃到F-22的紅利
F-135發(fā)動(dòng)機(jī)極大地推動(dòng)了F-35戰(zhàn)斗機(jī)的產(chǎn)量，目前這種美國第三代隱形戰(zhàn)機(jī)的產(chǎn)量幾乎接近700架大關(guān)，而且累計(jì)飛行小時(shí)也超過了40萬。非但如此，這款世界最強(qiáng)航發(fā)還將配備未來可能量產(chǎn)180架的B-21隱形轟炸機(jī)。
獨(dú)孤求??！美帝卻還要繼續(xù)開掛
F-135系列的核心機(jī)和主要結(jié)構(gòu)與F-119基本一致，但其工作溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量和涵道比都有所改善。現(xiàn)在的F-135系列發(fā)動(dòng)機(jī)分為兩種型號(hào)，一種是常見的PW-100型發(fā)動(dòng)機(jī)，另一種則是使用更先進(jìn)材料的PW-400型發(fā)動(dòng)機(jī)。從性能上看，F(xiàn)135面對(duì)他國大部分現(xiàn)役同類發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，都有著巨大的推重比/總推力優(yōu)勢，以該系列最常見的子型號(hào)PW-100為例，它的最大推力達(dá)到19.5噸，推重比達(dá)到11.5。即使不開加力，它的最大推力接近了13噸，而目前配備殲-20的渦扇-10B發(fā)動(dòng)機(jī)即使開啟加力，最大推力也只有14噸左右！
▲從綜合技術(shù)水平上看，F(xiàn)-135已做到獨(dú)孤求敗
目前，世界各國一級(jí)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中的大部分推重比都不超過9，只有俄羅斯的AL-41F（10.5-11）以及美國的F-119發(fā)動(dòng)機(jī)（11.5）與F-135較為接近。但需要指出的是，AL-41F的大推重比建立在犧牲零件壽命的基礎(chǔ)上，其運(yùn)行壽命僅為4000小時(shí)。作為對(duì)比，F(xiàn)-119和F135系列的運(yùn)行壽命甚至可達(dá)8000-10000小時(shí)！
盡管初代機(jī)就已經(jīng)如此逆天，但普惠并未因此徹底滿足。今年8月12日時(shí)，該公司表示自己已推出了增強(qiáng)型發(fā)動(dòng)機(jī)套件（F135EEP），這一經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)是唯一具有成本效益且功能強(qiáng)大的通用解決方案，由此實(shí)現(xiàn)了該系列發(fā)動(dòng)機(jī)乃至F-35戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展上里程碑式的進(jìn)步，因?yàn)樗ヅ淞薋-35不斷增長的能力，可以協(xié)助這款美國第三代隱身戰(zhàn)斗機(jī)更好地面對(duì)未來任何可能出現(xiàn)的計(jì)劃。
▲即便在他國看來已強(qiáng)悍如斯，但普惠還是計(jì)劃繼續(xù)深挖F-135的潛力
簡而言之，F(xiàn)135EEP會(huì)融合自適應(yīng)推進(jìn)技術(shù)，不但提升了電力和熱量管理水平，進(jìn)而更好地控制燃料效率，而且還會(huì)將最大推力從原先19.5噸的水平提升到20.4噸的水平，由此開創(chuàng)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)推力紀(jì)錄！然而這也遠(yuǎn)非該發(fā)動(dòng)機(jī)的極限改進(jìn)目標(biāo)，普惠表示，下一階段的F-135將會(huì)在推力上提升6%左右，使其推力達(dá)到23噸級(jí)別，其最終目標(biāo)是在2025-2030年之間利用變循環(huán)等技術(shù)，加上兩涵道升級(jí)為三涵道的改進(jìn)，最終讓終極版F-135具有近30噸的逆天推力！
從F-135系列發(fā)動(dòng)機(jī)推力上的穩(wěn)步提升可以看出，它將會(huì)讓最大起飛重量31噸的F-35戰(zhàn)斗機(jī)在持續(xù)高速急轉(zhuǎn)彎和加速度等水平迅速進(jìn)步，并盡量減少燃料消耗，以便將其航程提升到新的水平。與推力指標(biāo)一樣引人注目的是，這種全面增強(qiáng)組件具有頂尖的模塊化軟件設(shè)計(jì)和先進(jìn)的數(shù)字架構(gòu)，并完全兼容已有的F135系列發(fā)動(dòng)機(jī)。這種便利條件可以最大程度降低維護(hù)成本（約50%），而且不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)后的服役時(shí)間，最終將F-35戰(zhàn)斗機(jī)隊(duì)的出動(dòng)和維護(hù)成本進(jìn)一步壓縮到F-15的水平上。
一臺(tái)美國發(fā)動(dòng)機(jī)，就讓現(xiàn)在的中俄敗下陣來
不比不知道，一比嚇一跳。即使是十幾億人日思夜盼的渦扇-15，其最大推力也只達(dá)到18-19噸，而且即使按照樂觀估計(jì)，其量產(chǎn)裝機(jī)服役也將在1-2年后，所以不客氣地說，它的出現(xiàn)也只代表中國在航發(fā)領(lǐng)域追平了美國上世紀(jì)1990年左右的水平！更為不利的是，渦扇-15在此過程中很難避免一些依舊需要面對(duì)的技術(shù)難題，其最大壽命也很難一下子比肩世界最先進(jìn)水平。
▲即使傳統(tǒng)的航發(fā)強(qiáng)國面對(duì)美國也明顯無法招架
中國如此，俄羅斯的情況也沒有好到哪去。相比于AL-41F，俄羅斯的產(chǎn)品30發(fā)動(dòng)機(jī)在重量控制和燃料消耗方面進(jìn)步約30%，壽命也有所提升，最大推重比至少不亞于WS-15，但根據(jù)俄羅斯國防部2020年5月的公布信息來看，配備該發(fā)動(dòng)機(jī)的蘇-57要開始量產(chǎn)也要等到2025年左右，進(jìn)步并不會(huì)真正好于渦扇-15。
▲即使渦扇-15很快服役，也很難真正比肩F-135，更何況對(duì)手也在發(fā)展
不難看出，無論是渦扇-15還是產(chǎn)品30，其部分指標(biāo)也只是接近了F-135的早期型號(hào)，而等到它們實(shí)際服役后，F(xiàn)-135也已完成逐步升級(jí)后再度獲得明顯優(yōu)勢。因此客觀而言，中俄兩國短期內(nèi)均與美國在航發(fā)領(lǐng)域存在很大差距。
美國的航發(fā)也有黑歷史
很多強(qiáng)者的實(shí)力都不是生來自帶的，美國的航發(fā)優(yōu)勢自然也不例外。在上世紀(jì)30年代這個(gè)航空技術(shù)日新月異的時(shí)代，美國航發(fā)水平與英德兩個(gè)業(yè)內(nèi)領(lǐng)跑者就存在不容忽略的差距，而這種差距主要體現(xiàn)在活塞水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
美軍的P-51野馬戰(zhàn)斗機(jī)堪稱二戰(zhàn)中最強(qiáng)戰(zhàn)斗機(jī)，但它在誕生之初配備美國本土航發(fā)企業(yè)艾利遜公司的V-1710發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)卻表現(xiàn)平平，直到美國后來購入了英國羅爾斯.羅伊斯公司（以下簡稱羅羅）的梅林系列水冷發(fā)動(dòng)機(jī)后山寨出V-1650發(fā)動(dòng)機(jī)后，P-51的性能才煥然一新。
▲XP-59這種性能平庸的噴氣機(jī)證明美帝當(dāng)年也曾落后
相對(duì)早在1939年就推出世界首款噴氣機(jī)的德國，以及戰(zhàn)時(shí)推出“流星”噴氣戰(zhàn)斗機(jī)的英國，美國當(dāng)時(shí)的差距就更為明顯了。其首款噴氣試驗(yàn)機(jī)XP-59同樣依靠引入英國的離心式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)才得以在1942年試飛，但其試飛成績甚至還不如一些高性能的活塞螺旋槳飛機(jī)！
雖然美國的第一款噴氣戰(zhàn)斗機(jī)P-80最終在二戰(zhàn)結(jié)束前不久交付，但當(dāng)戰(zhàn)后美軍技術(shù)人員赴歐洲調(diào)查時(shí)，卻驚訝地發(fā)現(xiàn)早已推出多種噴氣機(jī)的德國在噴氣航發(fā)領(lǐng)域比自己先進(jìn)4年左右！對(duì)美國而言，唯一還算慶幸的是此時(shí)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)本就是新技術(shù)，自己總體而言還有一追的實(shí)力，更何況美帝家當(dāng)時(shí)工業(yè)經(jīng)濟(jì)天下第一，底牌也算好看。
名企自主攻關(guān)新領(lǐng)域，為美國航發(fā)指出正道
眼看自家噴氣機(jī)技術(shù)在戰(zhàn)后初期依舊不如看似“江河日下”的大英，而昔日德國的不少航空技術(shù)也落入蘇聯(lián)之手，美帝心里也急的要死。怎么辦？只能讓國內(nèi)各大名企開始同時(shí)競爭，并最大程度避免它們的技術(shù)共享，因?yàn)槊赖塾X得這種模式才能四面開花，到時(shí)候總有一家出息了，趕超大英也就有戲。
▲敢于突破現(xiàn)有技術(shù)，普惠公司才最終扭轉(zhuǎn)了競爭中的不利局面
而此時(shí)對(duì)普惠而言就比較尷尬了，說它弱，可它也是多年的名企，二戰(zhàn)時(shí)還搞出了R-2800這個(gè)風(fēng)冷活塞發(fā)動(dòng)機(jī)界的翹楚，才成就P-47等著名美系戰(zhàn)斗機(jī)“力大飛磚”的奇跡，航發(fā)技術(shù)底蘊(yùn)肯定是有的。
也正是由于這份自信，普惠才最終大著膽子開始競標(biāo)新型噴氣航發(fā)。但普惠的弱點(diǎn)就在于它在此前完全沒有噴氣航發(fā)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在新領(lǐng)域的積累明顯不占優(yōu)勢。
當(dāng)時(shí)的美帝各大航空企業(yè)往往離不開對(duì)英國技術(shù)的山寨依賴，早期的普惠也同樣通過山寨羅羅的產(chǎn)品搞出了自家的尼恩型發(fā)動(dòng)機(jī)，但這款發(fā)動(dòng)機(jī)和當(dāng)時(shí)典型的入門級(jí)噴氣航發(fā)一樣，不但耗油高，推力低，而且持續(xù)出力時(shí)速度緩慢。
此時(shí)的普惠認(rèn)識(shí)到，山寨模式下的研發(fā)之路走不遠(yuǎn)，自家要想不出局就只能破釜沉舟自主攻關(guān)新技術(shù)。最終普惠決定將重點(diǎn)放在燃料利用率和推力提升環(huán)節(jié)，并通過搞定雙轉(zhuǎn)子技術(shù)，最終在1950年推出了劃時(shí)代意義的J57噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，由此大大改變了美國噴氣航發(fā)的水平。所以不惜工本攻關(guān)新技術(shù)，也成就了普惠乃至美國航發(fā)的強(qiáng)悍地位。
▲J-57這款發(fā)動(dòng)機(jī)一經(jīng)誕生就讓普惠立刻打響了自己的招牌
J57不但比其他多數(shù)航發(fā)的耗油率低一半，而且推力也突破了一萬磅大關(guān)（后來的改進(jìn)型更是達(dá)到1.8萬磅）。大喜過望的美軍很快將J57作為主打品航發(fā)，將其配備到了多種名機(jī)上，這些戰(zhàn)機(jī)就包括萬年老兵B-52轟炸機(jī)、KC-135A加油機(jī)以及第一種可以持續(xù)跨音速飛行的F-100戰(zhàn)斗機(jī)。
受到如此鼓舞，普惠又開發(fā)出J57的民用版、JT3，并使其成為波音707的“心臟”，隨后又利用耐高溫的新型材料開發(fā)了J75發(fā)動(dòng)機(jī)。由此，普惠當(dāng)初背水一戰(zhàn)的冒險(xiǎn)開發(fā)取得了巨大成功，而西屋、柯蒂斯和艾利遜等此前同樣實(shí)力不可小覷的企業(yè)，則因?yàn)槿狈ζ栈葸@樣的舉措，最終沒有走出山寨模式研發(fā)之路，也就難免淡出美國航發(fā)競爭圈。
兩個(gè)美國名企的競爭宛如美蘇爭霸，讓美國航發(fā)技術(shù)突飛猛進(jìn)
事實(shí)證明，強(qiáng)大的對(duì)手會(huì)讓一個(gè)強(qiáng)者時(shí)刻保持危機(jī)感，進(jìn)而竭力維持自家地位。不少科學(xué)研究者都認(rèn)為，就進(jìn)步速度同向?qū)Ρ确矫?，冷?zhàn)美蘇爭霸時(shí)代人類技術(shù)的進(jìn)步效率明顯超過后冷戰(zhàn)時(shí)代。
而普惠能在半個(gè)多世紀(jì)里避免自家霸業(yè)衰落，就要感謝其最大的競爭對(duì)手：通用電氣公司（GE）。通用電氣不同于此前出局的美國其他企業(yè)，它也與普惠一樣十分重視自我創(chuàng)新和高技術(shù)攻關(guān)。
▲通過J79發(fā)動(dòng)機(jī)，通用電氣公司讓兩倍音速飛行成為現(xiàn)實(shí)
通過成功開發(fā)可調(diào)定子系統(tǒng)，通用電氣很快獲得了優(yōu)勢，因?yàn)檫@種系統(tǒng)可以根據(jù)氣流變化而調(diào)整仰角，這就從根本上解決發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓氣機(jī)失速問題，由此衍生出了J79發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)最終助力美軍戰(zhàn)斗機(jī)實(shí)現(xiàn)了雙倍音速安全飛行，并最終為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的未來奠定了基礎(chǔ)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，這款香餑餑發(fā)動(dòng)機(jī)的全球產(chǎn)量甚至超過了1.7萬臺(tái)！不但配備了美軍的F-4B和F-104等戰(zhàn)機(jī)，也吸引了多個(gè)北約成員國相繼感興趣，并不惜重金購入了其生產(chǎn)許可證。
由此，美國航發(fā)領(lǐng)域內(nèi)普惠和通用電氣爭霸的格局基本形成，這種模式與同時(shí)期美蘇全方位爭霸有極為相似之處，往往一方在某個(gè)領(lǐng)域取得巨大成就，另一方就會(huì)奮起直追，直到真正超越，而這也會(huì)讓對(duì)手以類似方式再次竭力趕超。而這種模式就好比兩個(gè)頂尖學(xué)霸通過刷題拼練習(xí)冊(cè)爭奪考試第一名，屬于絕對(duì)的良性競爭，而最后無論哪一方在某個(gè)階段取得優(yōu)勢，最后的受益者都是美軍。
▲隨著F-100系列發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)，F(xiàn)-15也從“機(jī)庫皇后”變身無敵戰(zhàn)鷹
以著名的F-100系列發(fā)動(dòng)機(jī)為例，雖然該發(fā)動(dòng)機(jī)早在1972年就完成了首飛測試，在進(jìn)度上領(lǐng)先了競爭產(chǎn)品、通用電氣的F-110發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎十年，但對(duì)方卻具有后發(fā)優(yōu)勢，這就使得F-110發(fā)動(dòng)機(jī)在第一階段的推力就明顯超過第一次改進(jìn)后的F-100，并很快讓改進(jìn)版F-110的推力繼續(xù)提升。
因此絲毫不敢放松的普惠只能不斷挖掘F-100的潛力，不但使其單機(jī)最大推力提升近三成，而且還使多種配備增強(qiáng)型發(fā)動(dòng)機(jī)套件的F-100發(fā)動(dòng)機(jī)在耗油和可靠性方面有了徹底的改觀。也正是普惠堅(jiān)持幾十年的升級(jí)，才讓配備該發(fā)動(dòng)機(jī)的F-15從最初的“機(jī)庫皇后”成為“無敵戰(zhàn)鷹”。
全方位體系化的技術(shù)優(yōu)勢讓美國航發(fā)霸主地位無可動(dòng)搖
一臺(tái)足夠出色的發(fā)動(dòng)機(jī)必須滿足很多苛刻而又矛盾性的要求，必須推力高、重量低、可靠性高、壽命長、油耗低，維護(hù)便利，而且還必須在高溫/高壓、高轉(zhuǎn)速和高過載等嚴(yán)酷條件下保持正常。
而航發(fā)往往比民用航發(fā)的運(yùn)轉(zhuǎn)空間更小，環(huán)境也更差，卻要內(nèi)置十多級(jí)風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪、加力燃燒室等。在運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和渦輪部位的溫度往往會(huì)很快達(dá)到1700度以上，所以只是高溫合金材料不能滿足要求，還必須內(nèi)置復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，而這種冷卻系統(tǒng)往往還會(huì)帶來曲徑通幽的冷卻通道，這自然加大了設(shè)計(jì)難度。
所以復(fù)雜的技術(shù)必然也帶來巨額的資金消耗，甚至動(dòng)輒會(huì)達(dá)到數(shù)十億美元，這自然讓多數(shù)國家望而卻步，但美國卻憑借無人可比的軍費(fèi)以及GDP讓這一切得到了實(shí)施的可能性。
▲GDP對(duì)比說明俄羅斯等國即使有技術(shù)，也難以如美國那樣在發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)產(chǎn)業(yè)大幅投入
如今世界上只有五個(gè)國家可以真正獨(dú)立設(shè)計(jì)制造出噴氣航發(fā)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)的寶石級(jí)技術(shù)，需要至少幾十種相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)作為支撐，所以某些國家就算能夠在經(jīng)濟(jì)上滿足需求，但如果基礎(chǔ)工業(yè)和其他技術(shù)產(chǎn)業(yè)捉急，也就無緣自主搞定先進(jìn)航發(fā)。
而部分YY作品中，弱勢一方只需搞到對(duì)手航發(fā)的圖紙，就能讓自家航發(fā)從無到有從弱到強(qiáng)，但這種橋段必然是胡說。因此美國才敢放言：即使F-135的圖紙給出去，別國也很難仿造出性能類似的產(chǎn)品。而普惠之所以能成功開發(fā)世界最強(qiáng)的航發(fā)，也離不開美國強(qiáng)大的特殊材料、工藝加工技術(shù)和電子技術(shù)作為依托。如果仔細(xì)研究F-135發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部各部件的細(xì)節(jié)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)頂尖工業(yè)技術(shù)強(qiáng)國所有精華的大聚合。
▲F-135內(nèi)部的高壓渦輪葉片剖面模型，這種葉片對(duì)材料和工藝的要求很高
從F-135進(jìn)氣道內(nèi)的風(fēng)扇到壓縮機(jī)，從燃燒室到高壓渦輪，其基礎(chǔ)材料就用到了高強(qiáng)度鈦合金、有機(jī)復(fù)合材料、高強(qiáng)度鎳基合金、浮壁陶瓷涂層鎳基鑄件材料、單晶鎳基合金、全新熱障材料等。這些種類繁多的材料也是先進(jìn)航發(fā)的第一道基石，因?yàn)樗梢宰尠l(fā)動(dòng)機(jī)長期運(yùn)轉(zhuǎn)而盡可能不出問題，而發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)不同結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境和壓力也各不同，因此對(duì)材料的種類也有著特定要求，這就要求在稀有金屬控制方面嚴(yán)格把關(guān)。
這必然離不開幾十年材料學(xué)科研究和實(shí)際制作提取的技術(shù)積累，雖然中國近年來在材料技術(shù)上取得了較大成就，但依舊與美國相差巨大，例如單晶鎳鋼研發(fā)和生產(chǎn)方面就是一道暫時(shí)還沒有闖過的難關(guān)，自然也就無法打造超高強(qiáng)度的渦輪葉片，而如果渦輪葉片的材料不合格，就容易在渦輪帶來的巨大離心力面前斷裂或變形。
▲哈斯工廠的柔性生產(chǎn)線，其機(jī)床年產(chǎn)量近2萬臺(tái)
即使有了先進(jìn)的設(shè)計(jì)圖紙以及足夠數(shù)量和質(zhì)量的材料，也需要超強(qiáng)的加工工藝。以單晶渦輪葉片為例，其精鑄誤差必須控制在0.1毫米內(nèi)，才能保證葉片之間正常工作，而多種合金材料的共同加工，也同樣需要對(duì)應(yīng)的工藝和技巧，先進(jìn)的加工設(shè)備也必不可少。
而美國在高尖端機(jī)床領(lǐng)域的優(yōu)勢，也是幾乎無敵的，甚至可以說是數(shù)控機(jī)床的鼻祖。雖然德日看似在機(jī)床領(lǐng)域超過了美國，但美國依舊密不外泄且依舊在發(fā)展的機(jī)床技術(shù)卻無人可比，哪怕在上世紀(jì)后期的制造業(yè)轉(zhuǎn)移浪潮中，美國也竭力將其核心技術(shù)保留在本土，而今的哈斯、赫克、馬格等世界頂尖的機(jī)床企業(yè)，就引領(lǐng)著高端機(jī)床的發(fā)展。
在美國機(jī)床飛速發(fā)展的數(shù)十年內(nèi)，相關(guān)人才和技術(shù)的儲(chǔ)備也讓美國吃足了紅利，更有甚者，美國軍工企業(yè)還經(jīng)常用各種手段將各大機(jī)床企業(yè)的人才收為己用。所以，美國航發(fā)的第二道保險(xiǎn)又就此鎖定了。
▲全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)發(fā)展上，普惠發(fā)揮了舉足輕重的作用
而美國航發(fā)的第三張王牌，就是出色的電子技術(shù)了，F(xiàn)-135同樣驗(yàn)證了這一點(diǎn)，它配備了可以高度控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的PTMS系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以滿足自啟動(dòng)、主發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、冷卻和應(yīng)急動(dòng)力四種模式，這就保證了發(fā)動(dòng)機(jī)在任何情況下都可以在油耗、電力輸出或運(yùn)作方式下達(dá)到均衡。
這種技術(shù)同樣是數(shù)十年技術(shù)積累的成就，早在上世紀(jì)70年代數(shù)字化電子技術(shù)和集成電路得到迅速發(fā)展時(shí)，普惠就通過和NASA聯(lián)合研發(fā)了真正意義上的全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，進(jìn)而改變了此前發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部依靠液壓或不完全電子控制的局面。這種技術(shù)一經(jīng)問世，就被普惠用于TF30發(fā)動(dòng)機(jī)上，而隨后美國的數(shù)字電子發(fā)動(dòng)機(jī)又相繼走過了監(jiān)控型數(shù)字電子監(jiān)控和全權(quán)限數(shù)字電子控制兩個(gè)階段。
在所有類似發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)中，普惠公司都集中了財(cái)力物力和技術(shù)精英，專門開發(fā)了新型傳感器和診斷軟件，而這同樣仰仗了美國長時(shí)間在電子和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的絕對(duì)優(yōu)勢地位。
中國要想追趕有多難？
中國航發(fā)之所以落后程度較大，也是多方面導(dǎo)致的。從歷史上看，新中國空軍在最初階段曾高度依靠蘇聯(lián)，而自身綜合技術(shù)產(chǎn)業(yè)和工業(yè)的薄弱，也限制了國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)程。
在上世紀(jì)70-80年代，發(fā)達(dá)國家都在材料、電子和工藝等領(lǐng)域取得了很大進(jìn)展，并呈現(xiàn)出代代經(jīng)驗(yàn)技術(shù)積累和傳遞升級(jí)的快車道發(fā)展趨勢，而中國卻因歷史背景因素再度錯(cuò)過了大時(shí)代班車。而由于技術(shù)、可用資源和子產(chǎn)業(yè)水平限制，中國航空業(yè)自然不能貿(mào)然在短期內(nèi)直接挑戰(zhàn)發(fā)達(dá)水平，往往是有了具體目標(biāo)型號(hào)后，才去進(jìn)行基礎(chǔ)研究、探索測試和其他后續(xù)工作，而這自然也會(huì)再度耽誤時(shí)間。
▲運(yùn)-20的數(shù)字化生產(chǎn)線，中國若想在航發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)趕超，也離不開數(shù)字化產(chǎn)業(yè)的支持
而即使到了今天，中國的總體國力雖然有了很大進(jìn)步，但一些關(guān)鍵性技術(shù)依然有待發(fā)展。簡而言之，中國的高性能機(jī)床自給率嚴(yán)重不足，而且同類產(chǎn)品的精度水平也和美國存在一定差距。
其次，中國的傳感器發(fā)展水平依舊偏低，明顯缺乏靈敏高端的傳感器。除此以外，中國依舊有不少領(lǐng)域的功課需要補(bǔ)，而從國際環(huán)境來看，中國已經(jīng)愈發(fā)難以從其他傳統(tǒng)強(qiáng)國引入此類技術(shù)，而且少量的引入不但無法在整體上進(jìn)行彌補(bǔ)，其技術(shù)水平也不可能真正和世界先進(jìn)級(jí)別掛鉤。
而且從航空相關(guān)產(chǎn)業(yè)來看，中國也存在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化問題，這往往意味著同型號(hào)產(chǎn)品如果由不同工廠或人制造，質(zhì)量卻存在差異，這就必然會(huì)對(duì)產(chǎn)品的可靠性帶來影響。
所以中國必須首先從設(shè)計(jì)上下苦功夫，建立一套嚴(yán)格而科學(xué)化的流程標(biāo)準(zhǔn)，并在其過程中盡量實(shí)現(xiàn)高度數(shù)字化。
例如設(shè)計(jì)時(shí)盡量依靠計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)圖紙的立體化，而仿真中也要通過數(shù)字化建模，并將不同的方案用超級(jí)計(jì)算機(jī)反復(fù)模擬，以便確定其各自優(yōu)缺點(diǎn)，最后從中選優(yōu)后將其作為范本，直接傳輸?shù)较鄳?yīng)的工廠，而生產(chǎn)線也同樣必須依靠同樣的數(shù)字化生產(chǎn)線，以兼顧生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量。而在系統(tǒng)上，就必須將研發(fā)、生產(chǎn)、供應(yīng)和服務(wù)四大環(huán)節(jié)整合成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并絕對(duì)確保研發(fā)環(huán)節(jié)處于核心地位。
▲在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域上，中國逆勢而上的概率反而更大
此前提到即使渦扇-15成熟量產(chǎn)，也無法真正彌補(bǔ)差距，考慮到美國的發(fā)展，這種趨勢就更為明顯。
不夸張地講，中國航發(fā)的情況與二戰(zhàn)后初期的美國類似，即難以抵消技術(shù)底蘊(yùn)的差距。更不利的是，當(dāng)年的美國好歹還能不斷借鑒英國的技術(shù)，而今的中國卻根本沒有這個(gè)條件！
所以如果只是機(jī)械地在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)被動(dòng)追趕，必然是下策，而最佳的選擇，就是不但在能力范圍內(nèi)深挖渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展?jié)摿?，也要借鑒普惠當(dāng)年在不利條件下拼死一搏的經(jīng)驗(yàn)，將重點(diǎn)放在基于新概念技術(shù)的下一代發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)，才可能真正有機(jī)會(huì)在自己昔日的短板領(lǐng)域和對(duì)手爭取平起平坐的機(jī)會(huì)，畢竟美國等傳統(tǒng)航發(fā)強(qiáng)國在全新概念發(fā)動(dòng)機(jī)上的積累也相對(duì)有限。
在新概念發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的競爭先決條件相對(duì)公平，中國將完全可能通過自身超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型風(fēng)洞等新崛起的自身優(yōu)勢技術(shù)產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)反敗為勝。
