高性能軍用發動機——美利堅大國地位的動力基石(超級組圖)

高性能軍用發動機——美利堅大國地位的動力基石

2010年12月     　來源： 新華軍事

    C-5“銀河”運輸機、“阿利·伯克”級驅逐艦、UH-1“休伊”直升機和M1“艾布拉姆斯”主戰坦克和之間到底有什麽關係？如果一定要找，那麽請記住，它們之間最為重要的關係便是，都有一顆“飛翔的心”。“阿利·伯克”使用的通用電氣LM2500船用燃氣輪機，先祖便是“銀河”的TF39高涵道比渦扇發動機；而驅動“艾布拉姆斯”的霍尼韋爾AGT1500燃氣輪機，其原型則是“休伊”的渦軸發動機T-53。這樣的例子在航空強國不勝枚舉。如果調查一下美國軍用航空噴氣技術在民航、車輛以及船舶製造等諸多領域的擴散效應，不難得出這樣的結論——先進噴氣發動機技術是構成美國航空技術優勢乃至其大國地位的一塊重要的基石。

這塊基石是怎樣修築起來的？美國的航空噴氣推進技術是怎樣走到的今天？期間又有哪些值得總結和注意的經驗？希望本文能夠找到一些線索。

很難想象，沒有先進航空發動機的美國空軍會是怎樣的麵貌。圖為美軍C-17“環球霸王”機群，該機使用的普惠F117-PW-100是普惠PW2000的軍用型，PW2000最初是為波音757設計的，和羅羅RB211是競爭對手。 

美利堅的噴氣曙光

噴氣推進技術第一縷曙光初露的時候，美國並沒有給予太多的重視，但也並非沒有任何行動，通用電氣、普惠、洛克希德和諾斯羅普公司等公司都進行過相關研究，但麵對二戰的緊張軍需生產現狀，美國政府甚至強製要求各軍工企業放緩噴氣推進研究，全力生產現有軍備。即便如此，美國軍方仍然有人在密切關注航空噴氣發動機，這就是美國陸軍航空隊司令亨利·阿諾德上將。1941年初，阿諾德和部分通用電氣公司負責人獲悉英國正在從事噴氣推進研究，而且已經開發出了惠特爾發動機，於是通過美國政府斡旋，最終從英國獲得了惠特爾的技術成果，並交由通用電氣渦輪增壓器分部製造，以協助美國盡快開發噴氣式戰鬥機。與此同時，貝爾飛機公司接到政府訂單，要求與通用電氣製造的惠特爾發動機（GE 1-A）相匹配的噴氣式飛機，即後來的XP-59。在噴氣發動機研發中，包括通用電氣、普惠、威斯汀豪斯、洛克希德、諾斯羅普等許多美國公司都獲得過政府的經費支持。但後來的事實證明，被寄予厚望的XP-59在測試中和英國“流星”一樣，性能平平，其中的原因並不複雜——當時的惠特爾發動機離心壓氣機存在不少問題。

1942年10月首飛的XP-59使用兩台GE 1-A，單台推力1250磅，後來的改進型使用了推力1600磅的GE 1-16，但其推力仍然無法讓噴氣式飛機全麵超越當時頂尖的活塞式飛機。憑借和英國的盟友關係，美國很快又拿到了英國德·哈維蘭公司推力2700磅的“妖精”（Goblin）軸流式渦噴發動機，依靠這種動力係統，洛克希德公司開發出XP-80“流星”。 試飛中XP-80最大平飛時速突破了800千米，算是為噴氣動力爭回了些麵子。美國原本指定由艾利斯-查爾莫斯公司許可製造“妖精”，並定名為J36，但由於仿製工作存在諸多問題而一再拖延，軍方遂轉而尋求替代品。通用電氣抓住機會著手改進，在原有GE 1-A基礎上發展出I-14、I-16（J31）和I-18，推力分別達到1400磅、1600磅和1800磅，到後來的I-40（J33），推力已經提升到4000磅。為了使用J33，XP-80的機體進行了重新設計，改進後的原型機直到1944年夏方才首飛。裝備J33的P-80（後改稱F-80）是非常成功的第一代噴氣戰鬥機，但該機服役太晚，沒能趕上二戰的尾巴。

通用電氣J31（I-16）離心式噴氣發動機，該發動機仍然采用英國惠特爾W1的基本設計，推力1650磅（7.5千牛），曾做為P-59的動力，推重比還不到2。

通用電氣設計的J33（I-40）推力提升到4000磅（18千牛），是F-80“流星”的動力係統。

許多學者認為，二戰結束前，德國的噴氣推進技術研究至少領先美國5年。這一結論不是空穴來風，而是根據戰後許多美軍技術人員參觀納粹德國噴氣推進研究機構後的體會得出的。正是因為噴氣推進技術的領先優勢，德國才成為二戰中唯一真正較為成功地裝備和使用噴氣式戰鬥機的國家。早期噴氣發動機問題多多，德國雖然占據先機，戰爭中也隻有兩種噴氣發動機研發項目取得了成功——推力2000磅的容克尤莫 004和推力1800磅的寶馬BMW 003。依靠這些先進動力，德國先後研製成功Me 262、Ar 234以及He 162等先進作戰飛機。看到德國超前的噴氣推進技術研究和相關資料時，美軍許多將領感到震驚。這種震動，直接促動了美軍高層。他們認識到，先進航空裝備的基礎是航空動力係統，從那時起美國比以往更加堅決地支持發展先進軍用噴氣發動機，並以此為基礎搶占航空裝備的技術製高點。

美國人的認識不算晚，因為即使在1945/1946年間，仍然是噴氣發動機的發展初期。

競爭·公司的力量

處於自由競爭環境下的公司，有時候比政府還有闖勁。雖然美國人認識到發展噴氣動力的重要意義，但在大戰業已結束的背景下，沒有什麽競爭能比商戰來得更加激烈和刺激，由此帶來的技術激勵，也是前所未有的，而處於商戰前線的，便是美國的公司。

戰爭結束的最初幾年，英國羅羅在噴氣動力研究領域占據絕對的統治地位，美國通用電氣、威斯汀豪斯（又譯作西屋）、普惠、通用汽車的艾利遜分部以及柯蒂斯-萊特等公司屈居第二陣營。和英國相比，美國噴氣發動機研發企業麵臨的環境與英國完全不同。戰爭期間英國政府要求工業企業之間展開密切合作，在開發噴氣發動機方麵分享研究成果。與之相對，美國政府鼓勵公司之間自由競爭，不提倡成果共享。這種方式促進了多種技術途徑的發展。通用電氣最初從惠特爾技術起步，並對其不斷改進，最終開發出了完全國產化的噴氣發動機J33和J35。

通用電氣的噴氣發動機開發很大程度上得到了軍方支持，其噴氣發動機廣泛用於美軍第一代噴氣式戰鬥機和轟炸機。威斯汀豪斯有著悠久的蒸汽輪機開發經驗，戰爭期間該公司的噴氣發動機研發工作主要支持者是海軍，海軍第一代戰鬥機大多采用威斯汀豪斯的產品。艾利遜最初主要生產通用電氣設計的噴氣發動機，產品提供給美國空軍，作為對通用電氣產能不足的補充。而後來崛起成為美國航空噴氣發動機頭號巨頭的普惠，在戰爭時期幾乎沒有什麽獨立研發噴氣發動機的經驗，戰後普惠決定許可製造羅羅的尼恩（Nene）發動機——惠特爾W.2B的後繼改進型。但沒過多久，普惠就發現，自己的產品根本無法擺脫戰後最初所有噴氣發動機的重大缺陷：高油耗、低推力、噪音大、加速緩慢。在許可生產羅羅產品的同時，普惠也繼承了這些產品的既有缺陷。對比同行業其他競爭對手，普惠認為大大落後，要保持和提高競爭力，必須實現技術上的重大跨越，繼續許可生產羅羅發動機是一條沒有前途的死路。從1946年開始，普惠做出重大戰略決策，投入巨資建設新的研發機構和相應測試設施，正是這一決策奠定了普惠成功的基石。

普惠把突破的重點放在了解決低推力和高油耗兩個問題上。當時的噴氣發動機推力約為4000～5000磅，普惠給自己製定了相當有難度的目標，把發動機的推力提高一倍，達到10000磅，並實現更好的燃油經濟性。在瞄準軍用噴氣發動機市場的同時，普惠高層也意識到噴氣發動機技術將逐步擴散應用到民用領域。經過大量基礎工作，普惠在同行業中率先提出，通過大幅度提高壓縮比解決推力和耗油率問題，工程師們開發出了超前的雙轉子技術，雙轉子設計能顯著提高壓氣機效能，改善發動機加速響應速度，在提高推力的同時降低耗油率。根據這一先進理論，普惠成功設計出J57軸流渦噴發動機，1950年進行了首次台架試驗，試驗中J57推力達到了10000磅，是曆史上第一種推力達到10000磅的噴氣發動機，後續型號推力進一步提高到了18000磅，其單位推力油耗也比二戰時期最好的德國噴氣發動機Jumo 004降低了近一半。

1950年普惠應用雙轉子技術開發成功的J57軸流式噴氣發動機，為普惠贏得了第一次爆發式發展的機會。

伴隨J57的成功，美軍擁有了第一種遠程戰略噴氣轟炸機B-52；1953年5月，使用J57的北美YF-100戰鬥機成為有史以來第一種能持續超音速平飛的戰鬥機。J57讓普惠的訂單紛至遝來：空軍的麥道F-101“巫毒”、康維爾F-102“三角劍”、波音KC-135，以及海軍的沃特F8U、道格拉斯F4D、F5D和A3D等不少戰術飛機都相繼選擇J57作為動力。普惠乘勝前進，在J57基礎上開發出改進型J75，成為共和F-105“雷公”和康維爾F-106“三角標槍”等軍機的動力。J57的商用型JT3在民用航空領域也獲得了重大成功，成為波音B707的動力，直接促成了遠程軍用/商用運輸的大發展。

在普惠冒著巨大技術風險開發J57的同一時期，其他一些公司卻相繼沉淪：威斯汀豪斯這家在1945年即成立航空燃氣渦輪分部，並開發成功美國自行設計的第一種渦噴發動機J30，接著又研製成功J34的資深發動機企業，卻在海軍滿懷希望的J40項目上載倒。威斯汀豪斯原本希望加力型J40-WE-8推力達到15000磅，但苦於自身研發底子太薄，一直未能通過150小時認可測試。原定配備J40的海軍F3H、F4D、A3D等作戰飛機處於“無動力狀態”，最後隻能改用普惠J57等其他產品，由此造成的機身修改耗資2億美元，讓海軍七竅生煙，於1955年取消了J40項目。丟掉J40這個金子般的機會後，威斯汀豪斯曾放手一搏，在1953年聯手羅羅希望以“埃文”為基礎開發新型軍用噴氣發動機，但再次倒在了糟糕的研發水平上。自此威斯汀豪斯徹底被淘汰出軍用發動機領域。

由於J40項目的徹底失敗，老牌企業威斯汀豪斯和美國海軍的合作關係徹底破裂，海軍許多戰機無法動機可用，廣闊的市場被普惠奪得，威斯汀豪斯一蹶不振。

柯蒂斯-萊特公司的命運也在這一時期發生轉變。戰後柯蒂斯-萊特先是通過軍方協議獲得了並不先進的威斯汀豪斯J34技術，並許可製造通用電氣J47發動機。通過引進英國“藍寶石”噴氣發動機，柯蒂斯-萊特製造了J65，裝備了A-4“天鷹”、“堪培拉”以及XF-104等飛機，但始終沒能鍛造出自己的研發實力。後來美國空軍選擇柯蒂斯-萊特開發大推力渦噴發動機J67——即許可製造的英國“奧林匹斯”的改進型，用於裝備康維爾F-102，但由於研製過程中技術問題太多，進度一再拖延，最終歸於失敗，F-102的動力項目也成了普惠J57的口中肥肉。柯蒂斯-萊特從此一蹶不振，在50年代末淡出了噴氣發動機製造領域。

柯蒂斯-萊特公司引進英國“藍寶石”發動機技術製造的J65。由於缺乏研製開發能力，更缺乏創新實力，柯蒂斯-萊特不久也在競爭中出局。

上世紀50年代初英國人提出了低涵道比渦扇發動機概念，並應用於“康威”發動機。普惠原本並沒有太多關注這一技術，但1957年通用電氣在J79基礎上融合該技術發展出了CJ805-23槳扇發動機，且贏得了波音公司的注意，也引起了普惠的警惕。普惠迅速把低涵道比渦扇概念應用到JT3上，推出了JT3D。JT3D很快取得了競爭優勢——首先JT3D的原型J57在可靠性和性能方麵口碑相當不錯，另一方麵JT3D相對J57的改動量並不很大，與之相比，通用電氣的CJ805-23隻是一個試驗型號，無法取得用戶的完全信賴。空軍很快對普惠JT3D產生了興趣，將該發動機的軍用型TF33作為KC-135等飛機的動力。除了波音B707，JT3D還先後成為道格拉斯DC-8和波音B720的動力。到上世紀80年代停產，J57/JT3係列發動機總產量超過了21000台。

低涵道比渦扇發動機打開了通往高/超高涵道比渦扇發動機的道路。1965年，通用電氣開發成功世界上第一台高涵道比渦扇發動機TF39，成為C-5“銀河”的動力裝置。TF39渦輪前溫度提高到1370度，推力高達43000磅，燃油經濟性有了“革命性提高”，為通用電氣帶來大筆收入。以TF39核心機發展出的CF6高涵道比民用航空發動機相繼裝別了諸多民航飛機，CF6進而又演化出LM2500係列船用燃氣輪機，先後成為美國海軍“斯普魯恩斯”、“基德”、“佩裏”、“提康德羅加”和“阿利·伯克”等多級主戰艦艇的動力，到2004年已經售出1000台，使用國家多達29個。中國也曾進口LM2500，裝備“哈爾濱”號導彈驅逐艦。

 著名的船用燃氣輪機LM2500，其技術淵源可以追溯到通用電氣的第一種高涵道比渦扇發動機TF39——C-5A“銀河”的動力。

普惠的對手通用電氣並不是弱者。在進一步提高壓氣機壓縮比的過程中，工程師們遇到了新問題。為實現巡航條件下的最佳燃油消耗率而提高壓氣機壓縮比，壓氣機在低速特別是加速過程中無法總是有效工作。此時流經壓氣機葉片的氣流與初始設計條件會有很大不同，會產生許多小的紊流，常常導致造成壓氣機失速。通用電氣率先在這一問題上取得了突破，成功開發出可調定子係統，這些可調定子可以根據氣流情況的不同改變其迎角，能有效解決壓氣機失速問題。這一技術突破導致了著名的J79渦噴發動機的出現，可調定子的采用使得單轉子的J79性能相當可觀，讓兩倍聲速飛行成為可能。J79是通用電氣為美國軍用航空發動機產業奉獻的又一經典，F-104“星”、B-58“盜賊”、F-4“鬼怪”II、A-5“民團團員”和以色列“幼師”都采用了J79，其生產跨度超過30年。除美國外，比利時、加拿大、德國、以色列、意大利和日本都許可生產過該發動機，總產量超過17000台。可以這麽說，上世紀五六十年代普惠J57和通用電氣J79是世界上最為重要也最具革命性的兩種噴氣發動機。J57/JT3D最初是出於工業企業自身的目的並自行投資開發的，但它為後來所有現代噴氣發動機奠定了基礎，讓持續超音速飛行不再是幻想，同時引領了渦扇發動機的概念，最終促成了更先進的戰鬥機和商用發動機的出現。通用電氣J79最初是應美國空軍2倍聲速大推力節油發動機要求開發的，它揭示了現代噴氣發動機巨大的推力和速度潛力，證明了美國噴氣發動機工業的全球領先地位。

通用電氣1955年完成的J79，雖然是單轉子設計，但由於開創性地引入了可調定子技術，J79的性能非常優秀，成為通用電氣的經典之作。除裝備F-104、F-4、A-5、B-58外，J79發展出的民用簡化版CJ805還成為康維爾880/990等民機的動力。

加力渦扇時代的經典

20世紀50年代末期，美國開始考慮開發一種新型軍用發動機，這種發動機將具有無與倫比的高速性能和優良的燃油經濟性，前者將通過提高推重比和采用加力燃燒技術實現，而後者則可通過渦扇方式實現。軍方提出的性能要求極高，直接挑戰著當時可靠性技術和發動機性能的極限。在這樣的情況下，美國好幾個早期加力型渦扇發動機項目都經曆了嚴重的技術問題。最為重大的問題是進氣氣流流場和壓氣機失速，此外還有可靠性和可維護性的問題。

普惠在1956年就進行了加力渦扇發動機試驗。1959年，在空軍的新機項目支持下普惠開始研製TF30，該項目後來在1961年被命名為TFX，這一項目要求開發一款同時滿足空軍和海軍需要的大型超音速戰鬥轟炸機，即後來的通用動力F-111。1962年1月，美國政府選擇了兩個團隊進入最後的角逐：通用動力/格魯曼和普惠組成了一隊，而波音則與通用電氣組成了另一隊。經過競標，1962年末通用動力/格魯曼-普惠團隊贏得了開發合同。作為第一種裝備部隊的加力渦扇發動機，TF30的研發步履艱難，安裝普惠YTF30發動機的F-111在1964年開始飛行試驗，試驗中相繼發生了壓氣機失速和高速狀態下致命的轉子斷裂等諸多問題。通用動力、普惠和美國政府花費了巨額資金和時間試圖重新設計進氣道加以解決，但問題始終沒能根除。1968年，失去耐性的海軍退出了F-111項目，轉而開發自己的空優戰鬥機——格魯曼F-14“雄貓”（同樣使用TF30發動機）和F-111一樣，TF30在F-14項目中也出現了不少嚴重的技術問題，讓海軍大傷腦筋。在經過了12年坎坷研製和改進曆程後，TF30總算是達到了服役狀態，但研發過程中的諸多嚴重問題損害了普惠和軍方的合作關係，使空軍和海軍對普惠印象不佳。

在TF30之後，普惠開始了第二代加力渦扇發動機研製計劃，該項目就是日後名滿天下的F100。空軍要求F100的推重比相較J79等現役發動機提升近一倍，達到8普惠再次麵臨著技術上的嚴峻挑戰和巨大研製風險，研製過程困難重重。也就是在這一期間，美國軍方開始逐漸認識到單憑企業自身力量已經不足以研製超前的高性能發動機，於是開始積極介入和支持新發動機的研發。

海軍退出F-111項目後，空軍和海軍分別提出了新型戰鬥機F-X（後來誕生了道格拉斯F-15）和VFX（產生了格魯曼F-14）的招標需求。美國國防部敏銳認識到，在統一裝備計劃失敗之後，統一動力係統具有重要戰略意義，因此強製規定空軍和海軍各自的戰鬥機動力必須使用共同的核心機。根據國防部的“通用標準核心機”構想，以空軍為首，聯合海軍共同發起了“先進渦輪發動機燃氣發生器計劃”（ATEGG），通過競標選擇普惠和通用電氣製造和展示兩台原型機，期限是18個月。1970年初，普惠的JTF-22設計方案最終贏得了總額高達4.48億美元的合同，將以此為基礎為空軍和海軍開發一種通用核心機。耐人尋味的是，普惠JTF-22方案之所以能勝出，其中部分原因是軍方認為普惠在發動機與進氣係統的協調問題有更為深刻的理解——這些經驗中相當部分都是來自於F-111和F-14上問題不斷的TF30。

按照研製協議，普惠將分別為空軍和海軍提供F100-PW-100和F401-PW-400用於測試和評估。空軍和海軍還聯合組成了通用發動機項目辦公室具體協調研製事宜。但好景不長，海軍再次動搖，認為自己已經有了F-14A及已趨成熟的TF30發動機，沒必要在通用發動機上花費巨資，繼而先是逐步削減F401的訂購數量，後來幹脆在1971年6月退出該項目，繼續使用TF30。海軍的退出讓空軍背上了沉重的負擔，原本開發海軍型發動機的巨額費用隻能轉嫁給空軍，空軍為此多支出了1.1億美元。但空軍開發先進核心機的決心沒變，在國防部和空軍的大力支持下，普惠的F100度過重重研製難關，成為美國軍用噴氣發動機發展史上的重要裏程碑。

普惠F100-PW-220加力渦扇發動機。F100是美國第一種推重比達到8一級的渦扇發動機，但該發動機服役之初頻出的問題讓F-15常常“趴窩”。

F100突破了當時的技術特別是在耐高溫材料領域的極限。由於空軍要求的開發進度過於緊張，預算也相對不足，普惠在處理不可避免的技術問題方麵捉襟見肘，進度不斷拖延，經費也節節攀升。雖然技術人員傾盡全力，仍然沒能解決全部研製問題，F100投入量產時其開發工作實際上並未全部完成。1974年後期使用F100的F-15服役後，美國政府出資發起了“部件改進計劃”，對發動機進行改進和修補，幾經周折才算讓F100滿足了使用要求。

早期的F100發動機動力強勁，性能優良，但在使用性和可靠性方麵存在嚴重問題。由於動力強勁加上F-15出色的機動性，飛行員們常常“粗魯”地把飛機拉到飛行包線的邊緣，這讓發動機實際工作狀態比設計狀態更為惡劣。這種做法導致了比預想更糟糕的可靠性和維護性問題。更麻煩的是，空軍此時發展出的大過載機動空戰戰術也帶來了新問題：大機動動作使進氣道內形成高能亂流，造成了壓氣機失速，嚴重的壓氣機失速經常導致發動機熄火，飛行員不得不嚐試空中開車。這樣的問題讓空軍甚為憂慮，因為除雙發的F-15，F100還計劃用來裝備通用動力F-16單發戰鬥機，對於單發飛機，發動機空中熄火可是大災難。壓氣機失速還導致了其他重大隱患，諸如葉片疲勞和斷裂，可能在飛行中損壞飛機。為了避免這些災難性的事故，空軍給飛行員製訂了使用性能限定標準，機械師們也不得不頻繁檢修發動機。空軍要求普惠對發動機進行改進，而普惠認為已經提供了滿足既定性能指標的產品，這些使用中出現的問題是由於F100的實際使用條件超出設計條件所致，要求空軍追加撥款來解決問題。

F100問題不斷，和普惠的交涉又許久無果，美國空軍開始尋求為F-15和F-16開發一種替代發動機。普惠的老對手通用電氣無疑是最佳選擇，經過一番運作，通用電氣攜F101加力渦扇發動機方案加入了空軍“先進技術發動機”（ATE）競標。在獲知了F100研製過程中的各種問題後，通用電氣決定采取技術風險較低的路線，提高可靠性和維護性。1972年通用電氣獲得了政府資金支持，用於完成F101的開發，作為北美-羅克韋爾B-1“槍騎兵”轟炸機的動力係統。1979年，美國空軍專門撥款支持進一步發展F101，作為對普惠F100的可能替代品。

空軍起初隻是用支持F101作為一個籌碼，希望以此迫使普惠積極解決F100的問題。但國會有更高遠的想法：追求性能和渴求創新的軍用發動機項目沒有有效的競爭激勵是不行的，要求空軍和海軍要在各自的F100和TF30發動機項目中另外引進一個競爭者提供替代品。1980年國會正式將參與競爭的替代項目命名為“替代戰鬥機發動機計劃”（AFE）。通用電氣拿出的競爭方案是F101的發展型F110，普惠推出的是改進型F100-220。從1984年到1989年，美國空軍每年都要將F-16發動機的訂單在普惠和通用電氣之間進行分配，每年的份額都有所不同，這導致兩家公司每年的激烈競爭。但如果把6年間的總份額累計來看，其實兩家公司基本上是平分秋色。

美軍技術人員正在準備測試通用電氣F101使用合成混合燃料（由JP-8與合成燃料按1:1配比而成）的工作性能。憑借F101，通用電氣贏得了B-1轟炸機的動力競標，F101核心機衍生出來的F110後來還成為大部分F-16C/D、F-14B/D以及新型F-15的動力係統。

作為競爭的統籌規劃者，美國軍方在研發和采購過程中並未由於競爭的存在而節約多少資金，但通過對競爭的有效統籌，美國空軍從更優秀的廠商那裏獲得了性能更優、更為可靠且維護性更好的噴氣發動機。在合適的競爭激勵機製下，通用電氣繼續推進自己的噴氣發動機研究，並在YJ101基礎上開發出F404低涵道比渦扇發動機，贏得了海軍F/A-18“大黃蜂”動力項目。F404更加簡單可靠，其設計推力水平和J79相當，但重量卻降低一倍，而且零部件數量大幅降低。有趣的是，雖然海軍非常青睞F404，卻仍然指定普惠公司作為第二供應商以確保形成有效競爭。海軍領導層也認識到整個美國隻有普惠和通用電氣兩家公司有能力設計製造F110和F100那樣的先進噴氣發動機，一旦其中任何一家退出該行業，形成事實壟斷的一方會讓自己徹底喪失選擇權。

加力渦扇發動機的時代是一個發動機性能暴風驟雨式提升的時代，普惠把發動機技術推向了極限，也遭遇了諸多失敗，而通用電氣則通過采用相對保守的技術路線獲得了利益。在這個時代的末期，許多研究者認為，普惠和通用電氣這兩家實力雄厚的公司之間的積極競爭對美軍獲得高性能發動機至關重要，作為競爭的統籌者，軍方成為最大的獲益者。

預先研究+統籌競爭=性能最大化

20世紀80年代初，美國空軍和海軍正式提出要求，開發用於取代F-15和F-14的新一代戰鬥機及相應的發動機。海軍最後退出了這個聯合計劃，後來開發了自己的新型戰鬥機F/A-18E/F，該機采用通用電氣的F414——F404的改進型。

空軍繼續進行自己的先進戰術戰鬥機計劃（ATF），這一計劃的最終結果便是F-22“猛禽”。對於新一代發動機研製者而言，空軍提出的主要技術要求是超音速巡航（不開加力保持超音速飛行）、低可探測性、推力矢量、短距起降、高可靠性和低價格。這次參加新型發動機競標的仍然是普惠和通用電氣。有趣的是，與F100對F101/110的那次競爭相比，普惠和通用電氣幾乎可謂是“互換”了研製戰略。

在TF30和F100項目中普惠遭遇了嚴重的技術問題，由於遲遲無法解決，空軍讓通用電氣重新加入競標，普惠沒有實現完勝。這次普惠決定改變研製方法，適當降低技術風險，提高可靠性。而作為競爭對手的通用電氣曾在FX/VFX競標中輸給普惠，其中一個重要原因就是對手的技術方案更加先進。這次失利之後，通用電氣被迫花了十多年時間才重新進入高端戰鬥機發動機市場，之所以能做到這一點是因為後來開發的F110和F404更加注重可靠性和結構的簡單性，在與問題不斷的普惠發動機競爭中占據了上風。而這一次，通用電氣決定采用上次普惠勝出時的戰略，即展現發動機的高性能和超凡脫俗的技術先進性。

早在開發先進戰術戰鬥機（ATF）競標樣機之前，美國政府曾出資支持了一係列發動機部件演示和概念研發項目。這些項目中有海軍領導的“先進發動機研究計劃”（ATES）和飛機推進分係統綜合計劃，其中後者中包含一個“聯合技術演示發動機計劃”（JTDE）。普惠和通用電氣都參與了ATES計劃，驗證了一係列先進發動機技術。普惠開始關注對轉雙轉子技術，而通用電氣則驗證了包括變循環發動機技術在內的一係列方案。

在ATES研究之後，美國又進行了“戰術係統推進評估”研究計劃，這項研究中發動機研製方和飛機研製方被匹配成組，進行進一步的設計研究。這一階段通用電氣決定采取變循環發動機概念，而普惠則決定采用對轉雙轉子低涵道比渦扇方案。1984年通用電氣還展示並采取了另一項超前的技術：高低壓渦輪之間無導流片端麵的對轉雙轉子技術。1983年9月，通用電氣和普惠分別和空軍簽署協議，開發一台地麵測試用樣機，樣機推力需達30000磅，采用二元矢量噴口，具備超聲速巡航潛力，但重量方麵比飛行測試略有放寬。

普惠的XF119地麵演示樣機減少了壓氣機級數，以降低製造費用和重量，提高可靠性。通用電氣的XF120地麵演示樣機更為超前，采用了複雜的變循環技術，取消了高低壓渦輪間導流片。

 以高性能、高可靠性和較低的技術風險為發展戰略的普惠F119發動機成功擊敗通用電氣F120成為F-22的動力係統。

上世紀80年代中期，美國政府對性能指標又做了幾次調整，飛機的研製方也對發動機施加了重大影響。1985年美國空軍進一步壓低了單價，對發動機提出了更嚴苛的低可探測性要求。1986年中，空軍提出發動機廠商必須在最終選定承包商開始工程製造開發（EMD）之前對演示樣機進行飛行測試。這意味著通用電氣和普惠必須重新設計演示樣機，使其符合飛行測試的重量要求。1987年，惠普和通用電氣兩家公司結合整機設計的狀況，分析後發現，要滿足空軍對飛機的性能要求，發動機的推力必須達到35000磅！這無疑讓後續發展工作雪上加霜。

事已至此，美國空軍要求通用電氣和普惠自行決定在地麵演示樣機和飛行測試樣機上采用的新技術含量。通用電氣堅持高技術、高風險的方案，決心在飛行測試中展示更突出的性能，希望以此打動空軍，最終勝出。普惠的YF119與用於地麵測試的XF119差異不大，性能方麵也不及YF120。飛行測試中，洛克希德-通用動力-波音的YF-22和諾斯羅普-麥道YF-23驗證機在使用通用電氣演示發動機時表現出來的性能都比使用普惠發動機時好。但空軍還是認為，在最求高性能的同時必須同時考慮技術風險和成本因素。

1991年4月，空軍宣布選擇洛克希德團隊和普惠發動機進入下一階段工程製造開發。勝出的原因顯然是由於他們追求較低的技術風險和成本。通用電氣的變循環發動機和高低壓渦輪間無導流片設計更先進更複雜，且未經過全麵驗證，無疑會增加技術風險。普惠的發動機在技術上相對保守，複雜程度較低，采用了漸進改進方式，技術風險和成本較低，卻能滿足軍方對發動機的所有性能要求。

普惠F119-PW-100生產原型機於1997年完成首飛，在F-22EMD飛行測試過程中，遇到的技術問題遠遠少於當年的F100和TF30，兩架F-22 EMD原型機飛行測試的最初500小時內幾乎沒出現任何問題。顯然普惠在風險和性能兩者之間的權衡更為成功。

F119在F-22項目上的成功為普惠贏得了巨大的商機。1995年初，波音、洛克希德-馬丁和麥道3家角逐JSF項目的公司都把F119作為自己的動力方案，要求以F119-PW-100核心機為基礎，對噴口、風扇、控製係統和其他部件進行調整和改動，以適應不同JSF型別的需要。至此普惠已經包攬了F-22和JSF的動力係統，同時還是F-15和大量F-16的動力供應商。這種近乎壟斷的局麵引起了美國政府的擔憂。許多官員提出在發動機研發采購中應引入更多競爭，並應該繼續支持通用電氣——美國除普惠外唯一一家高性能噴氣發動機製造商。

1995年夏，國會要求JSF聯合戰鬥機項目開辟第二家發動機供應商，以保持適度的競爭——就像上世紀80年代F-16項目那樣。11月末，普惠獲得了一份初始開發協議，要求開發一種F119改型發動機，作為JSF動力係統。同時獲得初始開發協議的還有通用電氣-艾利遜團隊，他們負責開發YF120和F110改型發動機。

在F119/100基礎上發展出來的普惠F-135成為大部分F-35的動力裝置。

1997年初，普惠拿到了工程製造研製協議，加上先前的JSF發動機開發經費，研製費用總額接近10億美元。而通用電氣的YF120核心機也成為JSF第二備選發動機的起點，該計劃被正式命名為“替代發動機計劃”（AEP）。由於艾利遜公司被羅羅收購，現在羅羅也成了通用電氣的盟友，在新發動機（即今天的F136）的開發中，羅羅負責三級風扇、燃燒室、低壓渦輪和附件齒輪箱部分，工作量大約占40%。眼下，F136由於進度問題，顯然還無法與F135構成直接競爭，但美國國會力排眾議，連續幾年增加AEP項目預算，總投資近24億美元，其重要意圖就是維持健康的競爭土壤和發動機裝備的可替代性。另一方麵，F136項目除了有英國羅羅的參與，還有土耳其航空製造部門的參與，這樣都使得未來F-35戰鬥機對海外用戶有更多的親和力。

通用電氣與羅羅合作開發的F-136雖然在美國軍政兩界遭到諸多阻力，但美國政府還是大力撥款希望促成其開發，這一做法最根本的動因在於美國需要可替代動力裝置和適度的競爭環境。

在F-22動力競標中敗北的通用電氣YF120為什麽沒有死掉？這離不開美國政府和軍方對噴氣動力前瞻技術的悉心嗬護。美國軍方明白，YF120失利的原因之一是采用了太多新技術，缺乏足夠的驗證。在YF120競爭ATF失敗之後到通用電氣重新進入JSF的AEP競標之前，空軍一直通過IHPTET（綜合高性能渦輪發動機技術）項目與通用電氣展開合作，目的是幫助YF120的諸多先進技術更加成熟。IHPTET計劃於1988年啟動，是政府支持下的雄心勃勃的技術開發和演示計劃，美國陸海空三軍、NASA、國防部預先研究計劃局都參與其中，其最主要的目標是將軍用渦扇發動機的推重比提高一倍，同時將生產和維護成本降低35%。IHPTET的費用一半由政府提供，另一半則由企業投資，美國政府希望能驗證開發可靠性更高的下一代大推力噴氣發動機的可能性。IHPTET分為三個階段，每一階段都設有階段性目標並進行全麵評估，該計劃支持普惠和通用電氣等企業開發和驗證了一大批先進核心機技術，其中涉及渦扇、渦軸以及用於武器的小型一次性噴氣發動機諸多領域。通過這項計劃，美國的航空噴氣發動機預研技術始終和現役技術保持著合理的時間間隔，確保了技術領先優勢。在美國人看來，現役裝備必須考慮技術風險，而預先研究則是為了克服前瞻技術的技術風險，使其走向實用化。（來源：163講武堂 司古的博客）