通用电气公司研制的YF120发动机，该发动机采用可变循环技术，F136就是在其基础上研制的固定涵道比发动机
2011年12月2日，美国通用电气（GE）和英国罗尔斯·罗伊斯公司联合对外发布声明，双方将不再继续自筹资金用于F-35战斗机项目备选发动机F136的研制。至此，这项前后历经16年、总计耗资超过30亿美元的庞大研制计划戛然而止，将无数的褒贬争议以及思考都留给了业内。然而，F136发动机项目的下马，并非因为它技不如人，实际上F136发动机从技术先进程度、性能指标而言比F-35现在使用的普拉特·惠特尼F135发动机有过之而无不及。F136究竟是一款怎样的发动机？它为什么黯然下马？未来F136还有机会复活吗？带着这些问题，本刊记者专门采访了航空动力专家陈光教授，请他来为我们解疑释惑。
F136发动机研发概况
本刊记者（以下简称记）：F136发动机是一款怎样的发动机？
陈光教授（以下简称陈）：F136发动机是美国F-35联合攻击战斗机JSF装机发动机计划的产物。上世纪90年代，美军负责F-35计划的JSF项目办公室鉴于在F-15和F-16战斗机上使用两种发动机的经验，决定在F-35上继续沿用两种发动机竞争的计划，让普拉特·惠特尼公司和通用电气（GE）公司各发展一款发动机，相互竞争，同样安装在F-35上。普惠选择的是在已成功装机F-22的F119发动机基础上研发F135发动机，而GE则是在F-22项目竞争中落败的YF120发动机基础上研发F136发动机，打算扳回一局。1995年，GE与英国罗尔斯·罗伊斯公司联手，开始了F136发动机的研制。随后，美国在F-35项目上选用了F135发动机，而F136发动机则继续拨款研制，作为F-35的备用发动机。
此后，F136发动机的研发过程并不顺利，2010年，美国国防部中止了对F136的拨款。GE公司决定自筹资金，继续该项目的研制，直到2011年底，GE放弃了与罗罗继续合作研制F136的努力，该项目至此宣告终止。
F136发动机的技术特点
记：F136发动机有什么突出的技术特点？
陈：F136发动机最大的技术特点之一，就是高压涡轮和低压涡轮均为一级，且互相反转。一般传统发动机的高压涡轮和低压涡轮之间，都要安装一个导向器叶片，保证高、低压涡轮正常运转，而F136发动机则大大简化了结构，彻底取消了这个导向器。
记：取消掉导向器叶片有什么好处？
陈：第一个好处是减轻结构重量，导向器叶片一般是用来对高低压涡轮进行冷却的，取消了导向器叶片，相当于将原有的冷却结构大幅简化了。为此F136还采用了新的冷却技术，即采用新的浇铸ICE冷却技术，将高低压涡轮叶片的工作耐受温度比现在提升10摄氏度。
第二个好处，取消导向器叶片后，还能缩短发动机轴承之间的距离、增加涡轮之间的刚性和改进涡轮的性能保持，所以F136的发动机长度仅有5.6米，比F135要短一些。
记：F136与F135相比有什么特点？
陈：主要是结构更简化、F136发动机长度更短，其中高压涡轮1级，而F135为2级，发动机短了，自然也就轻了，在推重比上的优势就更明显了。虽然推力指标相当，但F136零部件更少，在生产和维护上也是一个优势。
通用电气公司F136发动机
在选型中取胜的普惠公司F135发动机
F136发动机未使用变循环技术
记：GE公司非常钟情变循环发动机技术，在YF120上也坚持使用该技术，该技术有什么好处？
陈：变循环技术其实对于航空发动机而言，并不是一个才出现的新思路，早在上世纪70年代，美国空军就在研究变循环发动机技术，普惠公司的J58（用于SR-71“黑鸟”高空战略侦察机）就是一款应用变循环技术的发动机。
变循环发动机是通过改变发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置来改变其热力循环方式。对涡喷／涡扇发动机而言，变循环研究的重点是改变涵道比和增压比，发动机在爬升、加速和超音速飞行时涵道比减小，以接近涡喷发动机的状态工作，增大推力；在起飞和亚音速飞行时加大涵道比，以涡扇发动机状态工作，降低耗油和噪声。
据美国空军研究实验室的试验研究表明，目前的发动机是固定循环的，可提供高性能或高燃油效率，但两者不能兼得，要追求高性能就必须消耗更多的燃油，而变循环发动机可同时提供高性能和高燃油效率。一些发动机公司和飞机公司的研究表明，变循环发动机可使亚音速作战飞机的航程和续航时间分别增加30%和70%，使超音速作战飞机的航程和续航时间分别增加40%和80%。
记：F136上继承了YF120的变循环发动机技术吗？
陈：在F136研制之初，GE公司的确计划坚持使用变循环发动机技术，因为F-22上面，变循环发动机使得它在低速的时候性能好，高速的时候推力大，在与F135竞争的时候具有性能优势。但考虑到YF120之所以选型失败，变循环发动机技术过于先进，可靠性可能不够，技术还不太成熟，是一个重要的原因，而F-35对发动机性能的要求又不像F-22那样高，为了稳妥起见，F136采用了固定涵道比发动机。目前许多资料和文章上仍然说F136采用变循环技术，这是错误的。
F136各个主要结构技术点评
记：我们知道，主要部件的技术性能决定了发动机的性能，那么F136发动机的主要部件，如风扇、涡轮、燃烧室等，都有哪些设计亮点？
陈：在风扇方面，F136的新型三级风扇是由英国罗尔斯·罗伊斯负责研发的，这三级风扇都是现在非常先进的整体叶盘结构，机械性能很好，刚度高。其中最大特点是第一级采用罗罗公司独特的钛合金空心宽弦叶片，重量上比传统实心风扇要轻一半，第二和第三级则继续使用实心钛合金叶片。
在设计中，三级风扇都采用了新的三维气动设计软件程序，其叶片都采用线性摩擦焊的新技术连接，整体性更好。原计划生产型F136的第一级风扇的直径是1.09米，但在试验中使用的则是直径为1.22米装有22片叶片的风扇。
在涡轮方面的亮点，则是高度简化的结构，比如为简化结构和减少零部件数，涡轮盘采用无螺栓设计，不但零件少了，而且整体性和结构强度反倒增加了。
燃烧室是一个发动机最重要的部分，发动机的燃烧效率是否高，推力是否大，都取决于巧妙合理的燃烧室设计，我们知道，F136追求发动机长度短、推重比高，因此燃烧室也比传统涡扇发动机要短不少，因此在很短的燃烧室里使高速流过的空气充分燃烧，提高温度和发动机推力就成了一个难点，F136为此更改了燃烧室设计，在YF120的基础上又有了进步，燃烧效率满足了要求。
记：在F136的研制过程中，GE和罗罗公司是如何分工的？
陈：主要还是按照两个公司的技术优势进行分工，因为虽然GE和罗罗都名列世界航空发动机工业三巨头，但在技术领域各有所长。其中GE主要负责高压压气机和加力燃烧室部分，而罗罗在低压涡轮、主燃烧室和三级风扇方面则更有优势，从比例上看，两个公司分别各占60%和40%。
F136发动机结构示意图，从图中可以看出，通用电气公司和罗尔斯·罗伊斯公司的研制分工
F136发动机正在进行试验
F136下马的原因
记：F136下马，您认为主要有哪些原因？是F136的技术不如F135么？还是其他什么因素？
陈：两个原因，第一个是技术因素，F136发动机取消了高压、低压涡轮之间的导向器叶片，大大简化了结构，在原理上看非常好，但这也带来一个新问题，就是高压涡轮和低压涡轮在正常工况下匹配度很好，但在一些恶劣工况下的匹配度就不理想，这个问题一直没有得到很好的解决，这也是为什么F136前后研制了长达16年，到现在为止技术仍不成熟的主要原因之一；此外，高压压气机级数少一级之后，发动机结构过于简化，级压比相对更大，因此造成发动机喘振裕度变小，更容易在进气恶劣的情况下产生喘振、不稳定工作甚至于停车等故障，这都需要通过对高压压气机等部分的重新优化设计来解决。总的来说，由于F136的结构在大推力发动机领域还是一个比较新的设计，在工程方面还有许多具体问题有待解决。
F136进行台架试验，F136发动机研制历经16年，花费30亿美元，实际上已经进入了最后阶段
普惠公司F100发动机，是F-15的装机发动机，但由于装备之初故障不断，美国不得不引进GE公司的F110发动机与其竞争
第二个原因就是政治因素了。而我个人认为这个因素更为主要，因为F136虽然技术上存在一些问题，但都不是不能解决的，只是需要一些时间，它搞了那么多年付出了数十亿的研究经费，实际上离成功就差最后一步。但在政治方面就不一样了，通用电气GE公司在研发F136的时候打破了美国公司以往自主研制发动机的惯例，采取了国际合作的形式，与另一家发动机巨头罗尔斯·罗伊斯联手，而F-35在未来30年里计划生产可能会达到6000架，它的发动机对于世界航空发动机企业而言，是一个很大很大的项目，如果GE联合罗罗公司竞争成功，部分的利润和就业机会就会流向英国，这是美国国防部和政客们不愿意看到的，在之前的竞标中就曾出现过这样的例子，比如诺斯罗普·格鲁曼就曾联合欧洲空中客车公司竞标美国空军加油机项目，另一竞争对手美国波音公司就借助这点，使得诺格的竞标努力破产。可见这种事情在美国并不少见，大财团的斗争在背后起到的作用不可忽视。
F136与美国的“一机两发”原则
记：作为F-35战机备选发动机的F136项目停止，是否意味着美国从F110和F100发动机就开始的两种发动机并行研制、并行使用的“一机两发”体制的终结？
陈：实际上你这种说法是不准确的。美国在上世纪70年代研制F-15战斗机的时候，为其准备的装机发动机只有一种，就是普惠公司的F100，后来F-16的装机发动机也是它。当时并没有在飞机研制开始就采用两种发动机进行招标竞争。
该发动机于1974年正式装备美国空军使用。虽然该发动机试验时间很长，比较充分，先后使用114台试验发动机进行了12000小时的地面试验和5750小时的飞行试验，但由于F100推重比8，为追求高推重比，进行了简化和减重设计，在追求高性能指标的同时，对于第三代战斗机飞行中需要频繁加速、减速、开加力、大角度机动动作对于发动机工况的严酷考验缺乏准备，因此在F-15上使用的初期问题非常多，要么压气机失速，要么风扇叶片断裂，要么喘振，为了排查、排除发动机故障，大量的F-15不得不长时间停留在地面上进行检查维修，而此时正是美苏冷战最激烈的时候，美国不能承受主力战斗机出勤率过低，导致空军战斗力下降，以至于在空战较量中被苏联击败的风险。为了替换F100，美国军方紧急要求GE公司，在其为B-1轰炸机研发的F101发动机核心机基础上，火速开发出F110发动机，用于装备F-15。后来，技术成熟后的F100和F110同时装备F-15和F16，形成了所谓的“一机两发”体制。比如F-16有50/52批次，实际上他们在其他装备配置上完全一样，只是50批次使用的是GE公司的发动机，52用的普惠的发动机而已。
美国军方发现这种体制非常有利于鼓励督促两个发动机企业之间的竞争，对于提高美军战斗机发动机性能非常有好处。比如在F100和F110的相互督促下，F100推出了F100-PW-220等多种改型，F110也发展出了F110-GE-129EFE这样性能出色的改型。于是在第四代战斗机项目招标竞争的时候，美国直接沿用了这一做法，让普惠的YF119和GE的YF120竞争招标，而在F-35上，继续沿用这一思路。
F136未来或将复活
记：F136的下马对美国发动机研发体制有什么影响？对于F-35战机项目的发展意味着什么？
陈：打个比方，这实际上就是“把所有的鸡蛋都放在一个篮子里”，F136项目停了之后，美国海军、空军和海军陆战队的几千架F-35战斗机都只能完全依赖普惠的F135，而普惠公司的F135一旦有个闪失，整个F-35项目都要面临停顿，所有F-35机队都只能停飞。事实上这并非危言耸听，因为F135的确在试验的过程中出现了不少问题，之前F-35在试飞中两次停飞，都是因为F135的涡轮出现了问题。
F135的涡轮为什么会出现问题？主要是因为涡轮前燃温度大大提高了，虽然研发出了新的耐高温材料叶片，但毕竟有1900多度的温度，所以在实际使用中，还会出现裂纹、疲劳等问题。另外，F135的高压压气机也只有6级，而上一代F100有10级之多，同时F135的总压比还由F100的25提高到了35，压比越大、级数越少，就越容易引发喘振。
同时，我们都知道美国目前两大航空发动机巨头就是普拉特·惠特尼和通用电气（GE），由于普惠在F-22和F-35装机发动机竞争上连续取胜，几乎完全瓜分了美国军用发动机市场份额，这对于通用电气是一个沉重的打击，不光使得其失去军用发动机订单和市场，导致企业业绩和利润下降，同时也意味着GE无法保留目前的发动机研发队伍，其人才流失将非常严重，这将对GE的科研队伍和发动机研制能力造成致命打击。举个例子，当时F110发动机正在生产的时候，我曾经于上世纪80年代初去过美国GE公司的总部参观，当时总部大楼里人头涌动，停车场想找个车位停车都很困难，足以证明在研发项目的时候，工程师队伍有多么的庞大，而1994年我第二次去GE公司，当时YF120已经在与普惠YF119的竞争中失败，当时总部大楼门可罗雀。
据我所知，GE公司研发F136的整个项目团队有1000多个人，美国国防部宣布停止向F136拨款之后，GE公司立马将研发团队裁员到100人，我估计 F136下马后，GE的团队恐怕还得继续流失。这就是为什么当年JSF项目办公室宣布F135获胜后，GE还表示将自筹资金，继续F136研制的原因所在，他要千方百计为公司未来发展保留住最宝贵的人才。
记：所以F136的下马，实际上是对GE和美国军用航空发动机产业的一次重大打击？
陈：是的。但是据我估计，F136的下马很可能只是暂时的，因为支持F136继续走下去的力量并不小，美国国会之前是同意对F136的研制继续拨款的，只是时任国防部长盖茨一力主张停止对其拨款，而美国空军和国防部很有可能在未来换一任或几任领导后，重新恢复F136的研发合同。
我刚才说过F135目前性能并不稳定，美国军方对此并不满意，如果未来它的可用性还是达不到美国军方的期望，那么F110的故事还会重演，F136很有可能重新复活，与F135一起装备F-35战斗机，这对于F135也是一种督促，如果你性能达不到军方的高要求，我就用F136替掉你的部分份额，这样一来，使得普惠也有了危机感，他就有更多的意愿和动力去研发和采用更多新技术，对F135进行持续不断地提升。
记：非常感谢您接受我们的采访。Ω
通用电气公司的F110发动机是在F101发动机基础上研发的
F-35B正在进行飞行试验，F135发动机在飞行试验中也暴露出了不少问题，所以未来不排除F136项目重新启动的可能
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