陳光/著
第4代戰鬥機研製背景和特點
第4代戰鬥機是美、蘇冷戰對抗時期開始研製的， 原計劃20世紀90年代中期裝備部隊。 自蘇聯和華沙條約解體後， 是否還需要繼續發展， 在美國和西歐開展了一場大辯論。
許多國會議員提出， 將F-15、F-16進行現代化改裝後， 就可以達到應付未來“地區衝突”的要求。
在此影響下， 德國曾一度退出歐洲戰鬥機EF2000發展計畫。 但辯論的結果認為：F-15、F-16改裝後， 不能跨越“代”的鴻溝。
圖5-29、用於F/A-22的推重比為10的F119-PW-100加力渦輪風扇發動機
為了滿足“全球到達、全球力量”的戰略目標， 發展第4代戰鬥機是必須的。
第4代戰鬥機具有隱身、過失速機動、不加力超聲速巡航、超視距多目標攻擊和裝備更先進的航空電子與武器系統等許多特點， 較之第3代戰鬥機具有全面優勢。 據報導， F-22戰鬥機與F-15相比， 其綜合作戰效能提高近10倍， 每飛行小時的維修工時降低約70%。
第4代戰鬥機對發動機的主要技術要求
(1) 推重比達到10以上；
(2) 應滿足飛機具有超聲速巡航能力， 發動機不加力在高度11～13公里， 飛機能以馬赫數1.5～1.6持續巡航飛行， 即要求發動機不開加力時的最大推力要大；
(3) 為飛機提供短距起降和過失速機動能力（採用推力向量噴管）；
(4) 有良好的隱身能力， 發動機的紅外和雷達反射信號特徵盡可能小；
(5) 採用雙余度全許可權數位電子控制（FADEC）；
(6) 與第3代戰鬥機用的發動機相比， 零件數量要減少40～60%， 可靠性提高1倍， 耐久性提高2倍；
(7) 壽命期費用降低約25～30%。
推重比10發動機的主要新技術
面對如此高的要求， 要求發動機登上一個非常高的新臺階， 這就必須採用許多新技術才能實現。
例如風扇、壓氣機要採用帶粘性的全三維設計分析方法， 用3級風扇和5~6級高壓壓氣機達到總壓比25～27；採用高效、大功率渦輪設計技術， 使高、低壓渦輪都為單級；
採用高的渦輪前燃氣溫度（達到1557～1727℃）， 為此， 除了採用第三代單晶葉片材料和先進的隔熱塗層之外， 還必須提高渦輪葉片冷卻設計技術， 使降溫效果≥500～600℃；
燃燒室採用浮動壁瓦片式或多斜孔冷卻技術；
採用向量噴管以提供向量推力；
採用先進的第二代雙餘度電子控制技術；
高壓壓氣機後幾級盤和渦輪盤採用粉末冶金盤， 並對渦輪盤採用雙性能熱處理， 使輪緣部分呈粗晶， 有利於提高損傷容限， 中心孔呈細晶， 有利於提高強度和抗低迴圈疲勞的能力等， 還採用許多其它的新技術就不一一列舉了。
圖5-30 、第四代戰鬥/攻擊機F/A-22
用於第4代戰鬥機F-22的F119發動機與第3代戰鬥機F-15、F-16用的F100發動機相比（這二種發動機均是由普·惠公司研製的）， 風扇、壓氣機和渦輪的總級數從17級減為11級， 共減少了6級即減少了35%， 相應地發動機的零、元件數目減少了47%， 顯然發動機重量大大減輕了。
像美國F119這樣的第四代發動機， 可以毫不誇張地說是集現代高科技成果於一身，
典型的推重比10發動機——美國的F119（圖5-29）， 已於1997年9月17日裝在第四代F-22“猛禽”戰鬥機（圖5-30）上進行首飛， 2003初年生產廠已向美國空軍交付了用於培訓部隊的F-22飛機。
2002年9月17日美國空軍參謀長宣佈將F-22更名為F/A-22。 在美國的軍用飛機的編號中， “F”代表戰鬥機， “A”代表攻擊機， 因此F-22的改名， 表明它要由單一地攻擊空中目標而變為既能攻擊空中目標又能攻擊地面目標的多用途軍用飛機。
圖5-31、推重比為10的YF120戰鬥機用發動機
20世紀80年代中期， 美國為第4代戰鬥機即現在的F/A-22研製了兩型發動機， 其一為普·惠公司的YF119， 另一為通用電氣公司的YF120（圖5-31）， 經過半年多的試飛考核， 最後美國空軍選中YF119為F/A-22的發動機並命名為F119， YF120落選。
YF120落選後， 通用電氣公司並未將它束之高閣，
F119發動機在競爭中脫潁而出
YF120與F119同屬於推重比為10一級的渦扇發動機， 其推力大小也很相近， 但F119採用了常規的設計， 而YF120在設計上採用了一些先進的設計思想。
例如， 發動機採用了變迴圈的設計， 即發動機的涵道比是隨主要工況變化而改變的， 在飛機起飛、加速、進入戰鬥時， 發動機的涵道比變小， 飛機巡航時， 發動機涵道比變大；
另外， 它的高、低壓渦輪的轉向與F119的是一樣地作成反向的， 但它卻省去了低壓渦輪的導向器， 即燃氣由高壓渦輪工作葉片中流出後直接流入低壓渦輪工作葉片， 省去了一排低壓渦輪導向葉片， 在F119中有低壓渦輪導向葉片。
另外，YF120的風扇僅為二級，比F119少一級，高壓壓氣機為五級，也比F119少一級，因此，YF120總的葉片排數比F119少了5排，相應地零件數，結構相對簡單些。
因此從總體性能上看，YF120應優於F119，但美國空軍卻認為，太先進的裝備可能會在使用中出現—些前所未遇的故障，因而選用了可靠性更高、經受過考驗的、但可能在性能稍遜一點的F119發動機。
聯合攻擊機JSF應運而生
由於F/A-22是一種集高新尖技術於一身的重型戰鬥機，研製費用極高，每架飛機的售價高達1.8億美元左右，比—架最新的大型遠端四發旅客機波音747-400的售價還要高。
美國空軍雖然非常想多購置一些F/A-22，以使空軍的裝備全面更新，但美國國會認為這種飛機太貴，國家的財力無法支持空軍的要求，採購計畫一次次地被削減，到2003年中，估計只能購置不足300架，遠不能滿足空軍的需求。
在這種背景下，空軍於20世紀90年代初提出再發展一種輕型、價廉的戰鬥機，其性能仍能符合第4代戰鬥機的要求，以取代F-16、A-10等戰鬥機；
與此同時，美國海軍也想發展一種能取代F/A-18、F-14等老—代的艦載戰鬥/攻擊機；
海軍陸戰隊、海岸警衛隊也要求有—種新型的垂直/短距起落的飛機以取代機齡較老的AV-8B垂直/短距起落戰鬥機。英國皇家空軍、海軍也希望從美國取得第四代戰機，以更新他們的裝備。
在海、陸、空三軍均提出需發展各自的新一代戰機的強烈要求下，1993年初美國總統克林頓發表了“未來國防預算不可能再支援美國空軍和海軍各自獨立發展自己的機種”的講話。
根據總統講話的精神，美國國防部同意由軍方出錢開展後來稱之為“聯合攻擊機JSF”的預先研究和研製計畫，分別讓波音和洛克希德·馬丁公司進行為期兩年的技術概念構想設計工作，並隨後完成技術驗證機的試製，通過試飛評比，再擇優選定JSF的正式機型。
“聯合攻擊機”計畫要求這種飛機同時有三種型別，以分別滿足海、空、海軍陸戰隊三軍的要求，並能在一條生產線上生產三型飛機，這就要求三種型別之間的零部件／系統／設備的通用性應在80％以上；
同時還要求這種飛機售價要低（約3000萬美元左右），成為軍方能買得起的飛機。它要求的三個型號分別為常規起降(CTOL)型、短距起飛/垂直降落（STOVL）型及艦載（CV）型。在這三種機型中，以短距起飛/垂直降落（STOVL）型技術難度最大。
圖5-31 、X-32 波音公司的JSF
洛克希德·馬丁公司X-35中標世界最大軍火採購合同
參與聯合攻擊機競爭的兩方，即波音公司和洛克希德·馬丁公司分別提出了各自的競爭機型：波音公司的X-32（圖5-32），洛克希德·馬丁公司的X-35（圖5-33），經過五年多的研製、試驗到最後的試飛後，美國國防部於2001年10月26日宣佈，軍方選中了洛克希德·馬丁公司的X-35A作為聯合攻擊機的當選機型，並命名為F-35。
計畫將在今後40年中為美、英製造3000餘架F-35，總價值將達到2000億美元，這是美國有史以來最大的一宗軍火採購合同。
考慮到其它國家的定貨，研製合同的總價值將達到4000億美元左右。美國以F-35和F-22兩種第四代戰鬥機輕重搭配從2008年開始，逐步取代現役的第三代戰鬥機中的大部分機型，成為美國、英國、部分西方國家甚至我國部分周邊國家和地區21世紀上半葉的主戰機種。
圖5-32 、X-33 洛克希德·馬丁公司的JSF
F119發動機同時被選為 F/A22和F-35的動力
F-35（圖5-34）採用F/A-22的F119發動機的推力增大型F119-PW-611作為其主動力，並命名為F135。
F-35的短距起飛/垂直降落型中，為了達到短距起飛/垂直降落的目的，需要有一套提供升力的升力系統，圖5-35示出了該系統的結構圖，圖5-36示出了F-35整套動力裝置在飛機上的佈局。
F-35短距起飛／垂直降落型的整套動力裝置釆用了升力風扇和帶向量噴管的加力式渦輪風扇發動機，升力風扇垂直地裝於座艙後的機身中，由主發動機風扇前伸的傳動軸通過一套離合器及一對錐形齒輪驅動。
圖5-34、F-35（JSF）
裝升力風扇的機身上、下設有可開關的視窗，當飛機起飛或著陸時，視窗打開，空氣被風扇從上視窗吸入，經風扇加速後由下視窗高速噴出，提供飛機起降時為機身前部提供舉力；
正常飛行時，上下窗口關閉。主發動機F135（前稱JSF119-611S）安裝於飛機機身後部，其向量噴管伸出機尾，飛機起飛著陸時，向量噴口轉向下方，為飛機後部提供舉力。
F-35所用的升力風扇為二級對轉的風扇。風扇工作時每秒鐘吸入230公斤的空氣，所以升力風扇出口將產生一股柱狀的“冷空氣柱”，阻止主發動機垂向下面的向量噴管噴出的燃氣吸入飛機的進氣道。
圖35、F-35動力裝置系統示意圖
升力風扇的噴管作成可以從向前15度到向後30度範圍內轉動。主發動機的向量噴管在垂直平面內可從0度到95度（即垂直後再向前轉5度，即可產生反推力或實現後退飛行）範圍內轉動，並可左右偏轉10度。
當飛機上升到一定高度後，傳動風扇的離合器脫開嚙合，升力風扇停止工作，向量噴管轉向水準位置，主發動機推進飛機高速飛行。
升力風扇工作時約產生8000拾牛的舉力，主發動機向量噴管向下90度時，產生向上的舉力也約為8000拾牛，而F-35的短距起飛/垂直著陸型起飛的總重量約為23噸，因此在飛機全載時，它不能垂直起飛，只能短距起飛。
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另外，YF120的風扇僅為二級，比F119少一級，高壓壓氣機為五級，也比F119少一級，因此，YF120總的葉片排數比F119少了5排，相應地零件數，結構相對簡單些。
因此從總體性能上看，YF120應優於F119，但美國空軍卻認為，太先進的裝備可能會在使用中出現—些前所未遇的故障，因而選用了可靠性更高、經受過考驗的、但可能在性能稍遜一點的F119發動機。
聯合攻擊機JSF應運而生
由於F/A-22是一種集高新尖技術於一身的重型戰鬥機，研製費用極高，每架飛機的售價高達1.8億美元左右，比—架最新的大型遠端四發旅客機波音747-400的售價還要高。
美國空軍雖然非常想多購置一些F/A-22，以使空軍的裝備全面更新，但美國國會認為這種飛機太貴，國家的財力無法支持空軍的要求，採購計畫一次次地被削減，到2003年中，估計只能購置不足300架，遠不能滿足空軍的需求。
在這種背景下，空軍於20世紀90年代初提出再發展一種輕型、價廉的戰鬥機，其性能仍能符合第4代戰鬥機的要求，以取代F-16、A-10等戰鬥機；
與此同時，美國海軍也想發展一種能取代F/A-18、F-14等老—代的艦載戰鬥/攻擊機；
海軍陸戰隊、海岸警衛隊也要求有—種新型的垂直/短距起落的飛機以取代機齡較老的AV-8B垂直/短距起落戰鬥機。英國皇家空軍、海軍也希望從美國取得第四代戰機，以更新他們的裝備。
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參與聯合攻擊機競爭的兩方，即波音公司和洛克希德·馬丁公司分別提出了各自的競爭機型：波音公司的X-32（圖5-32），洛克希德·馬丁公司的X-35（圖5-33），經過五年多的研製、試驗到最後的試飛後，美國國防部於2001年10月26日宣佈，軍方選中了洛克希德·馬丁公司的X-35A作為聯合攻擊機的當選機型，並命名為F-35。
計畫將在今後40年中為美、英製造3000餘架F-35，總價值將達到2000億美元，這是美國有史以來最大的一宗軍火採購合同。
考慮到其它國家的定貨，研製合同的總價值將達到4000億美元左右。美國以F-35和F-22兩種第四代戰鬥機輕重搭配從2008年開始，逐步取代現役的第三代戰鬥機中的大部分機型，成為美國、英國、部分西方國家甚至我國部分周邊國家和地區21世紀上半葉的主戰機種。
圖5-32 、X-33 洛克希德·馬丁公司的JSF
F119發動機同時被選為 F/A22和F-35的動力
F-35（圖5-34）採用F/A-22的F119發動機的推力增大型F119-PW-611作為其主動力，並命名為F135。
F-35的短距起飛/垂直降落型中，為了達到短距起飛/垂直降落的目的，需要有一套提供升力的升力系統，圖5-35示出了該系統的結構圖，圖5-36示出了F-35整套動力裝置在飛機上的佈局。
F-35短距起飛／垂直降落型的整套動力裝置釆用了升力風扇和帶向量噴管的加力式渦輪風扇發動機，升力風扇垂直地裝於座艙後的機身中，由主發動機風扇前伸的傳動軸通過一套離合器及一對錐形齒輪驅動。
圖5-34、F-35（JSF）
裝升力風扇的機身上、下設有可開關的視窗，當飛機起飛或著陸時，視窗打開，空氣被風扇從上視窗吸入，經風扇加速後由下視窗高速噴出，提供飛機起降時為機身前部提供舉力；
正常飛行時，上下窗口關閉。主發動機F135（前稱JSF119-611S）安裝於飛機機身後部，其向量噴管伸出機尾，飛機起飛著陸時，向量噴口轉向下方，為飛機後部提供舉力。
F-35所用的升力風扇為二級對轉的風扇。風扇工作時每秒鐘吸入230公斤的空氣，所以升力風扇出口將產生一股柱狀的“冷空氣柱”，阻止主發動機垂向下面的向量噴管噴出的燃氣吸入飛機的進氣道。
圖35、F-35動力裝置系統示意圖
升力風扇的噴管作成可以從向前15度到向後30度範圍內轉動。主發動機的向量噴管在垂直平面內可從0度到95度（即垂直後再向前轉5度，即可產生反推力或實現後退飛行）範圍內轉動，並可左右偏轉10度。
當飛機上升到一定高度後，傳動風扇的離合器脫開嚙合，升力風扇停止工作，向量噴管轉向水準位置，主發動機推進飛機高速飛行。
升力風扇工作時約產生8000拾牛的舉力，主發動機向量噴管向下90度時，產生向上的舉力也約為8000拾牛，而F-35的短距起飛/垂直著陸型起飛的總重量約為23噸，因此在飛機全載時，它不能垂直起飛，只能短距起飛。
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