F-35發動機之變:美國海陸空三軍,誰「占便宜」誰「吃虧」?

2023-08-08     看航空

原標題:F-35發動機之變:美國海陸空三軍,誰「占便宜」誰「吃虧」?

F-35在未來改進中究竟應採用怎樣的發動機?最近幾年,這個問題始終爭議不斷,涉及相關利益並捲入角力的各方包括發動機廠商、飛機主機廠商、多個軍種、國防部、聯邦政府、兩院議員等。

在今年的巴黎航展上,洛克希德·馬丁公司航空執行副總裁雷格·烏爾莫表示,洛馬支持為F-35換裝基於自適應變循環技術的新一代發動機,並對美國國防部當前的F-35發動機規劃發表了相當尖銳的批評:「我認為今天的一些做法非常短視,觀念上缺乏更長遠的考慮。」

此外,洛馬公司還宣稱,換裝新一代發動機的F-35改進型,能夠實現超越F-35 block4的戰鬥能力。這話反過來更容易理解:要推出比F-35 block4更強的改型,在現有的F135發動機框架上改進是沒有出路的,必須採用全新的發動機。

通用電氣公司的XA-100自適應變循環發動機。

洛馬公司的表態帶有非常明確的選邊站隊性質——在新一代自適應變循環發動機的進展上,通用電氣公司(GE)擁有著公認的領先優勢,其XA-100發動機是目前最接近實用化的產品。支持F-35換裝自適應變循環發動機,基本上就是支持換裝GE的新型發動機的另一種說法。

而就在大半年前,洛馬公司還在GE和普惠之間保持中立,對選擇哪一種發動機方案保持「不可知論」的公開態度,聲稱自己僅向軍方提供有關電力、冷卻等機體性能需求的信息,最終結果「將由客戶決定」。

F135發動機在田納西州的阿諾德空軍基地接受地面測試。

普惠公司作為F-35迄今為止唯一的發動機供貨商,發表了措辭非常強硬的回應。普惠表示經過升級的F135發動機,足以滿足F-35項目全生命周期內的動力和冷卻需求;而洛馬的表態,正在破壞美國國防部對於F-35發動機核心升級的預算決定。

事實上,F-35選擇發動機的問題,在整個「美軍」的內部,也並沒有一致的答案。

比如美國空軍、海軍、海軍陸戰隊三大軍種,雖然同為F-35用戶,但他們有著完全不同的戰略任務學說和裝備使用場景;裝備的F-35具體型號和規模數量也都相差甚遠。在這種背景下,三大軍種之間,對於F-35在技術改進發展過程中如何折中平衡作戰性能提升和成本之間的矛盾,實際上存在非常大的差異。

F-35A/B/C三種機型,實際上需要3種不同的發動機:儘管它們衍生自同一基礎設計方案,但在事實上是無法通用的。

相較於F-35A採用的常規陸基版本發動機,F-35B/C都需要長時間在海洋環境下使用,對於防潮排水、防鹽霧腐蝕等性能有著特殊要求,這意味著大量部件從基本材料、表面處理工藝、緊固件選用都不相同。

F-35C著艦瞬間,艦載機的發動機要經歷遠比陸基飛機猛烈得多的衝擊過載。

更進一步說,F-35C需要頻繁進行撞擊式降落的著艦飛行;發動機結構和緊固件都要進行額外的強化,才能保證可靠性和使用壽命。而F-35B的發動機差異最大,它不僅需要從前方分流出巨大的機械功率用於驅動專門的升力風扇,而且尾噴管也必須是更複雜的可偏轉結構。

按照目前公布的數據,美國空軍計劃購買1763架F-35A,美國海軍計劃購買273架F-35C,美國海軍陸戰隊計劃購買353架F-35B和67架F-35C。

而截至目前,美國空軍實際服役320架F-35A,美國海軍實際服役26架F-35C,美國海軍陸戰隊實際服役127架F-35B。

F-35A的數量,特別是尚未投入建造的數量,遠遠高於F-35B/C。如果考慮到F-35的全球市場中,擁有大噸位常規起降航母和兩棲攻擊艦的客戶很少;B/C型的數量比例劣勢,還將進一步放大。

XA-100要適配F-35B上的集成升力風扇推進系統 (ILFPS),需要非常多的額外工作量。

GE目前正在研發中的XA-100發動機,本身具備極為濃重的驗證性質,遠未發展到進一步衍生出艦載或者垂直降落功能的程度。它只有向陸基常規起降的F-35A移植,才是節點速度最快、技術風險最小、成本最低的。F-35C又次之,而匹配F-35B的工作則會最為複雜。

顯而易見,如果F-35要裝備XA-100,性價比上最占便宜的一定是美國空軍,花的錢最少,能改裝的飛機最多,軍種整體作戰能力提升最大,形成戰鬥力也最快。按照此前通用公司的表態,如果一切順利,XA-100的正式版本A-100發動機,最早可以在2027年裝備在F-35A上交付使用。

美國海軍相較之下就要吃虧不少,他們要支付更多的額外費用用於發動機研發,而且只能分攤在兩百多架飛機上——美國空軍是更少的費用,分攤到超過1000多架飛機。

F-35B採用可偏轉噴管

如果只從技術角度來講,海軍陸戰隊的F-35B其實是最渴望發動機更新換代的。垂直降落需要的特殊設計,極大地侵占了飛機的可用空間和重量指標;這使得F-35B是F-35家族中,性能受制於發動機最直觀最顯著的型號。XA-100更高的推力,更低的油耗,理論上可以使F-35B在起降時的載荷能力、作戰打擊半徑獲得突破性的大幅度提升。

但出於經濟角度的現實考慮,美國海軍陸戰隊恐怕恰恰是對換裝XA-100最不感興趣的軍種。首先,XA-100發展出垂直降落型號的成本是最為高昂的,遠遠高於發展出艦載常規起降版本。另一方面,目前他們的F-35B已經交付了超過1/3,考慮到為XA-100適配升力風扇、偏轉噴管等額外工作所需要的時間,服役的時間節點基本不可能早於2030年,起碼是7年之後。

從2012年11月接受第一架F-35B開始,美國海軍陸戰隊在不到11年時間內接收了近130架飛機,而且途中還經歷了F-35早期的嚴重成本超支和產能低谷階段、乃至全球疫情問題。按照現有的趨勢判斷,未來7年內,F-35B的平均年交付數量只會比過去11年更高。

這意味著XA-100的垂直降落版本交付使用之時,美國海軍陸戰隊最多 可能只有幾十架新訂單能用上它。而其餘的已有飛機,要麼批次太早、缺乏改裝價值甚至技術上不可行;要麼新交付沒幾年,更換新動力系統在經濟上並不划算。

即使是把目光放遠到全球市場,F-35B面臨的窘境也不會改變。該機的海外訂單,目前包括日本的42架、義大利的30架、英國的48架、新加坡的12架;其中已經交付義大利3架、英國30架。這意味著,美國境內外所有未交付的F-35B訂單加起來的市場份額,都不足以讓XA-100垂直降落改型獲得合理的經濟性。

結語

從目前的技術趨勢看,自適應變循環發動機將會是下一代戰術飛機的理想動力系統。對於現有五代機的遠期改進升級,也有著巨大的性能吸引力。

但F-35不同型號之間差異巨大的使用需求和訂單數量,決定了F-35B/C如果要換裝新型發動機,將面臨遠高於F-35A的成本阻礙。從經濟角度判斷,未來有可能出現部分F-35A換裝自適應變循環發動機,而F-35B/C均繼續使用F135改型的情況。

排版:陳奕煊

策劃 | 文案:候知健

編審 | 監製:武晨、王蘭

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F-35新冷卻系統進入測試,決定下一代飛機能力的兩大隱藏性能不可忽視

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-hk/8233f759dc4902fde8acafe90f3da1a3.html