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【行业观察】F-35战机的高价比,也许只能通过一场新发动机大战来实现

2017-01-18 Allen 两机动力控制

导读:

新当选的美国总统唐纳德-特朗普埋怨F-35项目严重超支,要求洛克希德-马丁公司大幅降价,如果他想真干一场的话,也许他应该试试在他任内再发动一场“发动机战争”,通过竞争来提供发动机的性价比,进而促进飞机的总体性能提升。


新当选的美国总统唐纳德-特朗普埋怨F-35项目“超过预算,落后于计划”,他还特意开了他的第一次新闻发布会,作为总统当选誓言要做的“大事”:降低飞机的成本和提高性能,然而这更像一场动动嘴皮子的作秀。


虽然对洛克希德-马丁公司施加压力确实可能会起到降低成本的效果,但打造一个符合新总统心目中高性价比的F-35战机可能需要另外20年,幸运的是,这里还有一个另外的方法。


就是通过对F-35战机引擎中引入竞争机制,来获得更好的性能、成熟度和成本节约。当年,洛克希德-马丁公司通过重重努力,赢得了F-35联合攻击战斗机这个美国历史上最大的军事合同,然而,当时竞争的两款联合战机原型机(另一款为波音公司联合麦克唐纳•道格拉斯公司推出的X-32概念验证机),都采用了普惠公司的发动机作为动力,毫无悬念,最终,普惠公司赢得了发动机合同,为后来的F-35战机制造F135发动机,而美国政府则出资了超过48亿美元来支持这一项目的发展,特别是希望显著的改善战斗机引擎的三个关键指标:性能,成熟度和成本。


性能

性能的核心体现在航空发动机的推力上,如果发动机可以产生40,000磅的推力,则表示它可以与重达40,000磅的飞机匹配,而如果飞机的推重比能达到1,这将允许飞机的操纵变得非常灵活,同时保证高飞行速度。


对于战斗机来说,高飞行速度,加速逃离敌机和地对空威胁能力,对未来的战场生存至关重要。发动机性能自然也是决定战斗机的总体设计和重量的重要因素。


不幸的是,三种型号(空军F-35A,海军陆战队的垂直起降型F-35B和海军舰载机型F-35C)的实际尺寸和重量都随着时间的推移而增长,现在超过F135发动机设计的原始规格功率。而事实上,每个战斗机在其整个研发和运营生命中,因为各种各样的原因不断的增加重量。


比如F-16战机,它的原始发动机普惠F-100-200发动机在第一架F-16上运行良好,但它的“腰围”就在不断的增长,其推重比出现显著降低。然而,通过引入竞争性招标,通用电气的F-110发动机提供了超过5000磅的推力,弥补了额外的重量。而F-35也将如此,通过引入竞争刺激,它的额外重量将能够通过发动机技术的改进克服。


而值得一提的是,最初F-16战机也是选定普惠作为唯一发动机供货商,当时美空军认为,普惠统一了空军第三代战斗机的动力市场后,可以获得统一的后勤保障、方便维护,又扩大了发动机的采购量、分摊研发费用从而降低采购成本。但执行过程中发现,一家垄断市场后,故障不断,扯皮不断,远不如引入竞争机制获得收益大。虽然引入GE竞争后,普惠仍然赢得了后续的动力竞争,并且还额外花费了部分费用去支持GE的研发,但最终却证明,这场竞争极大的改善了F-16战机的操控性,实际上节省了纳税人的钱。


成熟度

F135发动机已经是西半球最强大的战斗机引擎,而且与误传的谣言相反,该发动机已经享有可靠性极高的真实记录。迄今为止,F-35战机已经拥有超过5万小时的飞行记录,几乎没有灾难性的故障。另一方面,考虑到这个引擎遭受的极端工作温度,压力和复杂性,故障几乎是不可避免的。


在20世纪90年代,美国飞过8种不同的战斗机,由许多不同的发动机驱动。结果发现,一个发动机的系统性故障就可能导致一大片飞机出现停飞或事故,但是通过多样化的战斗机/发动机组合,却能够克服单一飞机类型故障的损失。而随着F-35战机将取代美国战机的90%,每一架都装配着普惠的F135发动机,这意味着发动机的系统性故障可能导致美国空军瘫痪的风险更大。


如果这听起来很牵强,再想想。从1998年12月15日到2000年2月16日,这14个月期间,卢克空军基地因发动机故障损失了5架F-16战机,最终发现是因为普惠的F-220发动机加力燃烧室管道裂缝导致的。最终空军对每架装配了F-220发动机的战机进行检查,虽然最终统计数字未知,但光是在卢克空军基地发现的类似问题就高达63处。而F-35战机由于是单发结构,类似的故障将不仅会影响高达90%的美国战斗机,还将影响美国在全世界的7个关键盟友。


成本

最终,联合攻击战斗机团队利用从F-16战机中吸取的经验教训,在F-35战机中也引入了一个有竞争力的双引擎项目,虽然当时国防部认为普惠公司的发动机技术要领先5年,但它也支持GE继续研发F136发动机,以满足更大推力的需求。结果随着竞争的越来越激烈,普惠公司的F135发动机推力很快高达50000磅,超过了F-35战机引擎原定规格。


遗憾的是,随着F-35战机项目的不断延期和成本超支,在国防部长鲍勃-盖茨的压力下,国会议员提出终止两个发动机项目之一,以削减F-35战机项目研发成本。由于F135发动机当时已经在F-35战机上进行了试飞,它成了自然的选择,2011年,盖茨终止了GE的F136发动机计划,将普惠公司作为F-35战机引擎的唯一来源。虽然许多人认为垄断者也可能在每天争取变得更加卓越,但很少有真实的证据表明这是真的。


世界级的田径运动员很少能够在单独锻炼时,跑出个人最好成绩,然而,如果他们旁边的跑道上出现竞争对手时,他们却往往能够发挥出全部潜力。F-16发动机项目的研发历史更是证明了这一点,而F135发动机后来几乎不变的定价又从侧面印证了这一点。


很少设置个人最好的单独运行,没有竞争对手在他们旁边的车道没有运动员或商业达到其全部潜力。 F-16发动机程序的历史加强了这一点,以及F135发动机/推进系统迄今为止几乎停滞的定价历史。也没有按照计划估计,这让我们回到总统特朗普最近的公报。


目前,美国空军与通用电气公司、普惠公司签订合同,开发一种称为自适应发动机过渡计划(ATEP)的第六代航空发动机技术。该型发动机将提供更多的推力,节省更多的燃料,并容易适合F-35A或C的发动机舱。


通过增加空军的主动权,特朗普政府很可能重新点燃F-35战机所需要的“发动机战争”,来提供整体性能、成熟度和降低成本。当然,毕竟特朗普还没有坐在总统位置上,他何时发动这场竞争也不得而知,直到他把另一个公司放到发动机竞争的跑道上之前,普惠将继续进行自我调整式的“独孤求败”。


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