书城工业罗尔斯·罗伊斯的传奇(发动机家族)
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第60章 军用飞机市场(8)

经过15年的中级和先进战术飞机的训练要求规划,道格拉斯飞机公司于1998年4月在加利福尼亚长岛的工厂向美国海军交付了第一架T45A“苍鹰”教练机。麦克唐纳·道格拉斯公司对英国宇航公司的“鹰”式飞机进行了改型。1981年,麦克唐纳·道格拉斯公司的改型机被选用,替代罗克韦尔公司的T2B/C和道格拉斯公司的TA4J“天鹰”(Skyhawk)飞机。麦克唐纳·道格拉斯公司已经证明,由罗尔斯·罗伊斯公司“飞马”发动机提供动力的英国宇航公司短距起飞垂直降落“鹞”式飞机,也可以通过生产许可的方式引进到美国,并在性价比上取得成功。

美国海军将该飞机命名为T45A“苍鹰”,也表明它与“鹰”式飞机有所不同。传统的“鹰”式飞机还需要进行更改,以便适应海军作为教练机。通过改进使其适应在航空母舰上着陆所要承受的应力,以及进场失败后能够成功复飞进场。机尾下方的挂钩钩住拦阻索使飞机急剧停止,也自然意味着起落架和机体要承受比正常起降大得多的应力。T45A的起落架需要进行重大更改,前起落架也要作相应的更改。为了适应115节(而非原来的140节)的低进场速度,T45A也需要进行更改。

为T45A提供动力的是罗尔斯·罗伊斯透博梅卡公司的阿杜尔Mk871发动机,在美国被命名为F405-RR-401发动机,这在本书第2章中有所描述。阿杜尔Mk871发动机在1965年就开始研制,是其最新型号。具有6030磅力推力的改型机比原型机阿杜尔Mk86149(F405-RR-400)的推力要大得多。这是根据美国海军的要求,使其适应美国南部基地的热带气候。其出色的可靠性,是阿杜尔发动机对美国海军的一个重要卖点。从300多万飞行小时的服役数据来看,发动机的换发率远远低于同等型号发动机的平均水平。它同时还保持了100%的任务成功率。

为了减少加速次数,阿杜尔Mk871发动机同时也改进了燃油控制系统。该控制系统中加装了一个快速慢车油门挡块,能够在进场时自动接通。

另外,阿杜尔发动机易于外场维修。它按照单元体的设计理念,总共由11个单元体组成,便于机构维修和中间维修状态下的拆卸和更换。阿杜尔发动机的结构设计以快速修复和减少备用发动机的数量为目标。

美国海军是否满意呢?很显然他们很满意,并赞扬这是他们使用的最好的发动机。大部分军用发动机每年的平均飞行时间为100~150小时,而T45发动机的年飞行时间为700多小时。这是因为罗尔斯·罗伊斯公司在可靠性和寿命循环费用方面给予了很大的关注。他们也遇到了联信公司F124发动机的强烈挑战。但F124发动机目前还没有在美国海军取得成功。阿杜尔发动机在美国海军的T45A上取得的成功使得澳大利亚也采购了这种发动机。

最后一次伟大的战斗机竞争

联合攻击战斗机建造合同的争夺(该项目主要由美国政府资助,英国也做了少量的贡献)被称为“最后一次伟大的战斗机竞争”。对于参与其中的这些竞争者,在21世纪上半叶就会确定谁是美国主流战斗机的制造商。至少3000多架这个惊人数量的飞机被列入了替代飞机的清单:波音公司的F/A18、AV8B、AV8G-R7,英国宇航公司的“海鹞”,费尔柴尔德公司的A10,洛克希德·马丁公司的F16。联合攻击战斗机最初的用户是美国空军、美国海军陆战队、美国海军,英国皇家空军和皇家海军。然后就是出口给需要更换现役F16和AV8B的海外用户。还有其他希望购买自己有购买能力的战斗机的客户,并且该战斗机具备航母起降能力,提供近空支持,压制敌方防空火力,执行空中打击或侦察任务。

联合攻击战斗机计划始于20世纪80年代中,最初是为了替换“鹞”式飞机。美国国防部先进项目研究机构(后来为美国国防部高级研究计划署(ARPA))、美国国家航空航天局、美国空军、美国海军和英国国防部联合各自力量开展“鹞”式飞机替代项目的广泛研究。作为先进短距起飞垂直降落可行性研究,它主要有4个垂直升力理念:双螺旋桨飞机,直接提升型、远程增大升力性、弹射升力型。作为垂直升力推进技术公认的领先者,罗尔斯·罗伊斯公司在早期的研究方面扮演了重要角色。艾利逊发动机公司(后来为该名称)以排他形式参与了洛克希德公司旨在增大提升推力的轴驱动升力风扇理念研究。

对比联合攻击战斗机与“鹞”式AV8B飞机中所实现的先进理念,联合攻击战斗机是超声速,而“鹞”式飞机是高亚声速,分别是马赫数1.65和马赫数0.97。联合攻击战斗机的发动机带加力的推力为50000磅力,短距起飞垂直降落型号的垂直升力为39000磅力,而“鹞”式飞机的垂直升力为21500磅力(双发“狂风”战斗机的推力为35000磅力)。

飞行范围比较,联合攻击战斗机是450海里,而“鹞”式飞机是300海里;联合攻击战斗机的满载重量是27吨,而“鹞”式飞机是11吨;联合攻击战斗机的全长50.5英尺,而“鹞”式飞机是48英尺;联合攻击战斗机的翼展是35英尺,而“鹞”式是25英尺;联合攻击战斗机的机翼面积是460英尺2,而“鹞”式飞机是201英尺2。联合攻击战斗机将是一个致命武器,但为飞行员提供了更好逃生的机会;同时也是一架价格适宜、操作性强的隐身飞机,雷达发现不了。它的外形不反射雷达光束,武器系统也装在机体内部以保证隐身性能。它的主要目的是打击地面目标,但同时也具有空空攻击能力。

1988年,美国海军和美国海军陆战队联合确定了它的性能,以替代AV8B和F/A18。这后来就成了短距起飞垂直降落攻击战斗机,但很快就被吸收到通用低成本轻型战斗机(CALF)项目中。1989年,美国空军通过其研究发现,短距起飞垂直降落飞机与传统飞机相比具有巨大优势,从而对该项目更为感兴趣。美国空军已经确定用该多功能战斗机项目来替换F16,但成本却一直是个问题。

美国国家航空航天局和美国国防部高级研究计划署对这两种主要的垂直升力概念进行了3年研究。一种是直接升力方式,该方式已经在罗尔斯·罗伊斯公司的“鹞”式飞机上采用并经过了试验和验证;另一种是依靠风扇产生垂直升力的增升系统。该项目希望融合轴驱动风扇和发动机热气流产生升力这两种方式。

美国国防部正式确定了美国国防部高级研究计划署的项目,称之为技术验证机项目X32,并将其分成4个主要阶段。第一阶段是零阶段,研究基本的先进短距起飞垂直降落技术,并且已经完成。第二阶段是研究在先进短距起飞垂直降落飞机上应用这种改型机的可行性。

两种备选的发动机是通用电气公司YF120和普拉特·惠特尼公司的YF119,它们分别被选用为美国空军洛克希德·马丁公司/波音公司F22“猛禽”(Raptor)空中超级战斗机。第二阶段从1993年开始,是集中精力设计和验证用于提升升力的关键技术。洛克希德公司和麦克唐纳·道格拉斯公司分别获得了研究轴驱动和气流驱动升力风扇概念的两个合同。美国国会也建议美国国防部高级研究计划署参与直接升力的研究竞赛。1994年3月,美国国防部高级研究计划署与波音公司达成了50%∶50%的成本分享协议。5月,诺斯罗普·格鲁门公司以“无成本”协议的形式加入了该项目,来验证升力增大/升力巡航的概念。在这种概念中,巡航和升力推力采用了完全不同的两台发动机。

第三阶段涉及两架飞行验证机,美国空军采用传统起飞降落的X32A,而美国海军、美国海军陆战队和英国皇家海军采用短距起飞垂直降落的X32B。在这点上,国会坚持通用低成本轻型战斗机项目与联合先进攻击技术项目合并,这种合并也融合了美国空军和美国海军许多放弃的项目,也把精力集中到了2008年以及之后的未来多功能双重战斗飞机技术。联合先进攻击技术项目的目标在于替换大量的飞机,包括F14、F111、F15E、F117和F16。

这个新项目很快就被称为联合攻击战斗机项目,并为两个最终型号的验证机试飞付出了更多努力。其中一种型号具有先进短距起飞垂直降落能力,而另一种型号则是传统方式。美国海军同时坚持要求在不依靠垂直升力的情况下,具有从航空母舰起飞的能力。这个最终型号是波音公司的X32和洛克希德·马丁公司的X35。波音公司的设计是直接升力动力,双垂尾的三角形机体,带一个突出的“颚”式进气道。洛克希德公司的设计是在短距起飞垂直降落形式上结合了大型轴驱动升力风扇。这两种概念都采用了普拉特·惠特尼公司F119(现称F135)的改型发动机,但在项目的后期,通用电气公司、罗尔斯·罗伊斯公司以及艾利逊公司(现在为罗尔斯·罗伊斯公司)联合在YF120(现称为F136)基础上研发另一个发动机竞争者(这是20世纪80年代在民用发动机不太成功的合作之后,罗尔斯·罗伊斯公司与通用电气公司的第一次合作)。

罗尔斯·罗伊斯公司也参与了普拉特·惠特尼公司发动机的研发。实际上,作为世界上唯一生产型垂直升力涡轮风扇发动机的制造商,罗尔斯·罗伊斯公司在短距起飞垂直降落验证机这两个项目中起着关键作用,并且是升力单元体及其附属硬件的供应商。

波音公司短距起飞垂直降落的设计原理与“鹞”式飞机的“飞马”发动机相似,就是风扇涵道的气流沿侧向和轴向对准喷射屏喷出,使其产生升力并防止喷射出的热气流又被吸进主喷口。罗尔斯·罗伊斯公司提供了传动管、喷射屏和升力单元体,以及短距起飞垂直降落的高度控制喷口和相关作动系统。在短距起飞垂直降落单元体中,主两维推力喷口关闭,通过大型的蝶形阀把尾喷管的气流引到“飞马”升力喷口。