F-35在未来改进中究竟应采用怎样的发动机?最近几年,这个问题始终争议不断,涉及相关利益并卷入角力的各方包括发动机厂商、飞机主机厂商、多个军种、国防部、联邦政府、两院议员等。
在今年的巴黎航展上,洛克希德·马丁公司航空执行副总裁雷格·乌尔莫表示,洛马支持为F-35换装基于自适应变循环技术的新一代发动机,并对美国国防部当前的F-35发动机规划发表了相当尖锐的批评:“我认为今天的一些做法非常短视,观念上缺乏更长远的考虑。”
此外,洛马公司还宣称,换装新一代发动机的F-35改进型,能够实现超越F-35 block4的战斗能力。这话反过来更容易理解:要推出比F-35 block4更强的改型,在现有的F135发动机框架上改进是没有出路的,必须采用全新的发动机。
(相关资料图)
通用电气公司的XA-100自适应变循环发动机。
洛马公司的表态带有非常明确的选边站队性质——在新一代自适应变循环发动机的进展上,通用电气公司(GE)拥有着公认的领先优势,其XA-100发动机是目前最接近实用化的产品。支持F-35换装自适应变循环发动机,基本上就是支持换装GE的新型发动机的另一种说法。
而就在大半年前,洛马公司还在GE和普惠之间保持中立,对选择哪一种发动机方案保持“不可知论”的公开态度,声称自己仅向军方提供有关电力、冷却等机体性能需求的信息,最终结果“将由客户决定”。
F135发动机在田纳西州的阿诺德空军基地接受地面测试。
普惠公司作为F-35迄今为止唯一的发动机供货商,发表了措辞非常强硬的回应。普惠表示经过升级的F135发动机,足以满足F-35项目全生命周期内的动力和冷却需求;而洛马的表态,正在破坏美国国防部对于F-35发动机核心升级的预算决定。
事实上,F-35选择发动机的问题,在整个“美军”的内部,也并没有一致的答案。
比如美国空军、海军、海军陆战队三大军种,虽然同为F-35用户,但他们有着完全不同的战略任务学说和装备使用场景;装备的F-35具体型号和规模数量也都相差甚远。在这种背景下,三大军种之间,对于F-35在技术改进发展过程中如何折中平衡作战性能提升和成本之间的矛盾,实际上存在非常大的差异。
F-35A/B/C三种机型,实际上需要3种不同的发动机:尽管它们衍生自同一基础设计方案,但在事实上是无法通用的。
相较于F-35A采用的常规陆基版本发动机,F-35B/C都需要长时间在海洋环境下使用,对于防潮排水、防盐雾腐蚀等性能有着特殊要求,这意味着大量部件从基本材料、表面处理工艺、紧固件选用都不相同。
F-35C着舰瞬间,舰载机的发动机要经历远比陆基飞机猛烈得多的冲击过载。
更进一步说,F-35C需要频繁进行撞击式降落的着舰飞行;发动机结构和紧固件都要进行额外的强化,才能保证可靠性和使用寿命。而F-35B的发动机差异最大,它不仅需要从前方分流出巨大的机械功率用于驱动专门的升力风扇,而且尾喷管也必须是更复杂的可偏转结构。
按照目前公布的数据,美国空军计划购买1763架F-35A,美国海军计划购买273架F-35C,美国海军陆战队计划购买353架F-35B和67架F-35C。
而截至目前,美国空军实际服役320架F-35A,美国海军实际服役26架F-35C,美国海军陆战队实际服役127架F-35B。
F-35A的数量,特别是尚未投入建造的数量,远远高于F-35B/C。如果考虑到F-35的全球市场中,拥有大吨位常规起降航母和两栖攻击舰的客户很少;B/C型的数量比例劣势,还将进一步放大。
XA-100要适配F-35B上的集成升力风扇推进系统(ILFPS),需要非常多的额外工作量。
GE目前正在研发中的XA-100发动机,本身具备极为浓重的验证性质,远未发展到进一步衍生出舰载或者垂直降落功能的程度。它只有向陆基常规起降的F-35A移植,才是节点速度最快、技术风险最小、成本最低的。F-35C又次之,而匹配F-35B的工作则会最为复杂。
显而易见,如果F-35要装备XA-100,性价比上最占便宜的一定是美国空军,花的钱最少,能改装的飞机最多,军种整体作战能力提升最大,形成战斗力也最快。按照此前通用公司的表态,如果一切顺利,XA-100的正式版本A-100发动机,最早可以在2027年装备在F-35A上交付使用。
美国海军相较之下就要吃亏不少,他们要支付更多的额外费用用于发动机研发,而且只能分摊在两百多架飞机上——美国空军是更少的费用,分摊到超过1000多架飞机。
F-35B采用可偏转喷管
如果只从技术角度来讲,海军陆战队的F-35B其实是最渴望发动机更新换代的。垂直降落需要的特殊设计,极大地侵占了飞机的可用空间和重量指标;这使得F-35B是F-35家族中,性能受制于发动机最直观最显著的型号。XA-100更高的推力,更低的油耗,理论上可以使F-35B在起降时的载荷能力、作战打击半径获得突破性的大幅度提升。
但出于经济角度的现实考虑,美国海军陆战队恐怕恰恰是对换装XA-100最不感兴趣的军种。首先,XA-100发展出垂直降落型号的成本是最为高昂的,远远高于发展出舰载常规起降版本。另一方面,目前他们的F-35B已经交付了超过1/3,考虑到为XA-100适配升力风扇、偏转喷管等额外工作所需要的时间,服役的时间节点基本不可能早于2030年,起码是7年之后。
从2012年11月接受第一架F-35B开始,美国海军陆战队在不到11年时间内接收了近130架飞机,而且途中还经历了F-35早期的严重成本超支和产能低谷阶段、乃至全球疫情问题。按照现有的趋势判断,未来7年内,F-35B的平均年交付数量只会比过去11年更高。
这意味着XA-100的垂直降落版本交付使用之时,美国海军陆战队最多可能只有几十架新订单能用上它。而其余的已有飞机,要么批次太早、缺乏改装价值甚至技术上不可行;要么新交付没几年,更换新动力系统在经济上并不划算。
即使是把目光放远到全球市场,F-35B面临的窘境也不会改变。该机的海外订单,目前包括日本的42架、意大利的30架、英国的48架、新加坡的12架;其中已经交付意大利3架、英国30架。这意味着,美国境内外所有未交付的F-35B订单加起来的市场份额,都不足以让XA-100垂直降落改型获得合理的经济性。
结语
从目前的技术趋势看,自适应变循环发动机将会是下一代战术飞机的理想动力系统。对于现有五代机的远期改进升级,也有着巨大的性能吸引力。
但F-35不同型号之间差异巨大的使用需求和订单数量,决定了F-35B/C如果要换装新型发动机,将面临远高于F-35A的成本阻碍。从经济角度判断,未来有可能出现部分F-35A换装自适应变循环发动机,而F-35B/C均继续使用F135改型的情况。