美國航太發動機產業作為重要戰略方向

2021/01/27
機械

美國是公認的當今航空發動機技術最為先進的國家。 但有趣的是,美國在噴氣時代最初的起點卻同樣是“拿來主義”。 二戰爆發前,航空噴氣推進研究最為積極的國家是德國和英國,而美國在這方面做的工作相當有限——J30和J34在進度上的拖沓說明了這一點。 當時英國對離心式和軸流式噴氣發動機都展開了研究,而德國的軸流式噴氣發動機則取得了突破進展,在二戰中就達到了實用水平。 戰爭中憑藉與英國的同盟地位,美國政府從英國直接拿到了惠特爾離心式噴氣發動機的相關技術,憑藉這種新的動力系統,美國貝爾公司開發了XP-59噴氣式飛機,並於1942 年10月進行了試飛。 但試飛表明,使用早期離心式噴氣發動機的XP-59性能平平,無法和當時最先進的螺旋槳飛機相比。 當時美國通用電氣仿製的GE 1-A發動機推力僅為1250磅,後來改進的GE 1-16推力達到了1650磅,但仍顯不足。 後來美國又從英國獲得了軸流式的Goblin發動機,推力達到了2700磅,在此基礎上開發出了XP-80“流星”噴氣式飛機。 戰後,當美國航空兵將領和科學技術人員檢查德國航空研發機構時,許多人都對德國已經掌握的先進噴氣技術感到震驚。 從那時起美國比以往更加堅決地決定開發先進的噴氣式軍用飛機,而要開發優秀的噴氣機,先進的噴氣發動機技術是關鍵要素。
 美國較早認識到航空發動機是航空產業的原動力,從而把發動機產業作為重要戰略方向,為後來的噴氣發動機技術大發展做了最初的思想準備。

美國航空發動機發展的另一個經驗是,較早擺脫了仿製生產和改良發展的模式,以技術突破為導向全力發展自己的先進技術,在發動機技術領域奠定了自己的知識技術基礎。 今天美國最為著名的噴氣發動機製造商普惠公司在戰爭時期幾乎沒有任何獨立研發噴氣發動機的經驗,戰後普惠決定許可製造英國羅羅公司的尼恩發動機——由於德國噴氣發動機製造企業遭到 嚴重損毀,因此戰後初期,羅羅公司被認為是世界上最先進的噴氣發動機製造商。 戰後初期所有的噴氣發動機都有4個重大缺陷:高油耗、低推力、加速緩慢,噪音較大。 由於這些問題,開發海軍航母艦載機、遠程陸基戰鬥機、遠程戰略轟炸機以及商用客機等都十分困難。 經過研究,普惠公司認為自己在噴氣發動機研發方面落後其他主要製造廠商至少5年,在戰後環境中要保持競爭力,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,於是從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,其目的就是追趕競爭對手。
 普惠把研發重點放在了解決低推力和高油耗兩大問題上,當時最好的噴氣發動機推力約為4000~5000磅。 普惠決心把發動機的推力提高一倍,達到10000磅,並實現更好的燃油效率。 經過近5年的艱苦努力,普惠工程師發展出先進的雙轉子發送機J57,把推力提高到10000磅,後續型號更是達到了18000磅推力,耗油率也大大降低。 隨著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完成持續超音速平飛的戰鬥機。 除了B-52和F-100,J57還成為美國空軍許多飛機的動力:麥道F-101戰鬥機、通用動力康維爾F-102戰鬥機、波音KC-135空中加油機。 海軍沃特F8U,道格拉斯F4D、F5D和A3D等不少戰術飛機也選擇了J57。 在J57基礎上的改進型J75採用了更為性能更好的耐高溫材料,推力更大,成為共和F-105和通用動力康維爾F-106以及其他軍用飛機的動力裝置。 最後,J57的商用型JT3還成為波音707的動力,直接促成了遠程軍用/商用運輸的大發展。  J57奠定了美國在噴氣發動機領域領先地位的第一塊基石,這其中主要應該歸功於堅持從基礎研究著手,而這絕非是一朝一夕之功。