法国海军“夏尔·戴高乐”号航母机库内,地勤人员正在为“阵风”舰载战斗机安装斯奈克玛M88-2涡扇发动机。 
和美国、俄罗斯甚至英国比起来,法国的航空工业有着浓厚的法兰西特。法国的航空工业建立较早,但在二战前一直缺乏高水平的活塞发动机,致使法国战斗机性能平平,战后法国总统戴高乐还对此耿耿于怀。由于二战时败于德国,法国的航空工业在战争期间没有得到什么发展的机会,最多只是充当纳粹德国的生产车间。但法国的航空传统还在,对于动力系统地位的认识还在。战争结束后,法国人急切地发现,美国、苏联和英国早已开始了喷气推进技术的研究,而且都把自己的喷气式飞机送上了天。法国明白,如果不想落后,首要必须解决喷气推进问题。经过六十多年的历程,许多法国航空业人士都谈到法国航空发动机发展史时都说,二战后法国主要发展了3个系列战斗机发动机,即”阿塔”、M53和M88,虽然它们都不及美国同类发动机,但却为法国航空开辟了独属于自己的一方天地。
阿塔的25年
德国战败后,原本处于极度保密状态的喷气推进技术已经公开。法国人知道,眼下从英美盟国手中很难拿到最新的技术成果,简单的办法是去德国人。早在战争结束前夕的1945年2月,纳粹德国负责开发BMW 003喷气发动机的赫尔曼·奥斯特里希(Herman ?strich)及其研发团队匆匆迁往马格德堡附近的小城施塔斯福特。在城外的盐矿里,纳粹建立了地下工厂,继续生产喷气发动机。4月12日,美军占领了施塔斯福
特,德国守军投降,奥斯特里希将许多重要技术文件藏在当地一处墓地里。不久,美国普惠公司技术人员组成的10人调查组进驻,到奥斯特里希,弄走了技术资料。凭借这些资料,美国成功生产出BMW 003。英国人很看重奥斯特里希,布里斯托尔发动机公司力邀奥斯特里希前往英国工作,但奥斯特里希却有自己的打算,与已经在喷气推进领域进展不小的美国和英国相比,在该领域尚属空白的法国能提供的交换筹码显然会更多,而此时法国政府也在积极寻德国喷气研究技术人员和资料。在秘密会见了法国调查研究局的代表后,奥斯特里希答应帮法国继续发展BMW 003,此时法军在自己的占领区到了一些BMW 003, 迫切希望能建立起该发动机的生产设施。
德国宝马BMW 003轴流式喷气发动机,法国航空喷气推进技术的最初基础即来源于此。
在和奥斯特里希达成合作意向后,法国在德国法占区瑞肯巴赫的原道尼尔工厂为他建立了研发设施,研究队伍很快扩大到200人。这个研究团队被称作“瑞肯巴赫航空技术工作室”,缩写为”阿塔”(AT转子发动机
AR)。奥斯特里希领导这个团队在BMW 003基础上开发推力更大的轴流式喷气发动机,1945年10月完成初始设计,命名为”阿塔”101。法国政府非常满意,允诺将让团队成员与家人团聚,提供更优厚的薪水,放松旅行限制,甚至将给他们法国国籍。1946年4月,”阿塔”101的图纸被送往法国斯奈克玛公司投入生产(需要指出的是,斯奈克玛当时也是国有公司)。5月,斯奈克玛完成了首批零部件的制造,但压气机和涡轮的制造却遇到了麻烦,直到1947年中才完成。1948年3月26日,第一台完成的”阿塔”101开
始试车,在4月5日的测试中,发动机推力达到了3700磅(16.8千牛),经过一番改进,到10月推力提升到了4850磅(22千牛)。到1950年1月,斯奈克玛又制造了多台”阿塔”101加入试验,使总的运转小时数超过了1000,推力进一步提高到5955磅,”阿塔”101成为当时最强劲的喷气发动机之一。要知道当初的BMW 003推力只有1760磅,还不到”阿塔”101的一半。斯奈克玛后来对”阿塔”101进行了小幅改进,增加了定子导流片数量,成为”阿塔”101B。1951年2月,首台”阿塔”101B完成了150小时寿命测试,工作推力达5290磅(24千牛)。12月5日,安装”阿塔”101B的达索“飓风”进行了试飞,从1952年3月27日起,”阿塔”101B又装在格罗斯特“流星”F.4翼下开始飞行测试。不久,斯奈克玛又推出了压气机和燃烧室经过改进的”阿塔”101C,进一步将推力提升到6170磅。其后的”阿塔”101D采用新型高温合金涡轮,同时增大了涡轮尺寸,使涡轮前温度提高到1000摄氏度,推力则提高到6615磅。”阿塔”101D喷管还使用了眼睑式的两片式调节瓣。再后来的”阿塔”101E增加了零级压气机段,将总压缩比提高到4.8:1,推力增至8160磅。法国人又给”阿塔”101D加装了加力燃烧室,发展成”阿塔”101F,推力达到了8380磅,随后”阿塔”101E也增加了加力机构,成为”阿塔”101G,推力提升到10365磅。1954年8月,”阿塔”101F和”阿塔”101G装在“神秘”II上进行了飞行测试,但并未正式装备该机。1955年3月2日,一架“超神秘”进行了成功首飞,它的动力装置来自英国,是罗罗的“埃文”,1956年5月15日,采用法国国产”阿塔”101G的“超神秘”完成首飞。
斯奈克玛“阿塔”101G3A喷气发动机及使用该动力的达索“超神秘”B2
随着喷气推进技术的发展,现有的”阿塔”101系列推力渐显不足。1954年,斯奈克玛公司开始开发一种更激进的改进型发动机——”阿塔”08,这种发动机总体设计和”阿塔”101相近,但压气机从原来的7级增加到9级,采用了稍小的两级涡轮和合金压气机转子。最初完成的”阿塔”08B-3压缩
比提高到5.5:1,推力达到了令人鼓舞的9500磅。接着法国人为”阿塔”08设计了全新的加力燃烧装置,成为”阿塔”09。1967年1月试车中,”阿塔”09加力推力达到了惊人的12350磅,并很快进一步提高到13230磅。1959年12月斯奈克玛又推出”阿塔”09C,其喷口调节机构由两片改为18片。”阿塔”09C采用了微型涡轮发动机作为起动动力,直接为发动机提供压缩空气,这样发动机可以不必等到压气机达到充分转速时完成起动。此后的”阿塔”09D喷管和加力燃烧室都使用钛合金材料,能让飞机保持两马赫的高速飞行。1969年完成的”阿塔”9K-50重新采用了空心涡轮叶片技术,改善了总体性能,特别是提高了燃油经济性,”阿塔”9K-50也是法国独立自研的第一台7吨级推力的军用引擎。从1945年的”阿塔”101,到1969年的”阿塔”9K-50,法国人花了24年时间,从1吨级推力一直发展到7吨级推力。7吨级推力喷气发动机被视为一国涡轮喷气发动机技术的标志和重要里程碑。自此法国人终于在喷气发动机研制领域中跻身美、英、苏强国之列,组成了第一集团4强俱乐部。正因为如此,“军旗”、“超军旗”、“幻影”III/IV/V/F-1等飞机才有了法兰西自己的动力系统。法国人可以荣耀地宣布,在航空动力领域自己不需要依靠任何人。
法国布尔歇博物馆收藏的“幻影”F-1战斗机全尺寸内构模型,其中清晰可见“阿塔”9K50发动机,1969年推出的“阿塔”9K50是法国第一台7吨级推力军用喷气发动机。
“阿塔”9K50发展而来的无加力简化版——“阿塔”8K50,后来成为达索“超军旗”的动力。
1955年,法国政府发起了一项旨在实现3马赫飞行速度的研究计划,斯奈克玛受命开发相应的发动机。新发动机沿用”阿塔”101的压气机,但将轻质合金换成了合金钢,以耐受更高的工作温度。高速飞行要求发动机采用空心气冷涡轮叶片,新发动机被命名为M26,1957年5月开始试车,不加力推力达到了10364磅(47千牛)。经过进一步改进的M28在1958年9月的试车中产生了11466磅(52千牛)的推力。几经尝试最终推出的超级”阿塔”是一个里程碑式的产品,采用了当时颇为风行的可调定子,加力推力85千牛。虽然3马赫研究机项目最后无果而终,“超级”阿塔””发动机也在1960年停止研究,但该发动机为法国航空动力开发积累了丰富经验。
第二个里程碑——M53
1958年普惠自筹资金开始开发一种全新的发动机,希望成为美国超音速战斗机的动力装置。一年后的1959年,普惠购买了少量斯奈克玛的股份。两家公司从此开始了较为密切的合作,普惠委托斯奈克玛在欧洲维修JT3/4发动机,而斯奈克玛则与普惠
合作开发新型航空发动机,在普惠原有的JTF10基础上,斯奈克玛与普惠合作改进推出TF104/106,并成为法国垂直/短距起降研究机“幻影”III-V的升力发动机,后来普惠和斯奈克玛又合作发展出TF306,用在了“幻影”G上。这两种飞机都飞上了天,却没能进入量产。法国与普惠合作开发高端军用发动机的进程
就此中断,但斯奈克玛在合作中还是获益匪浅:普惠的JTF10A在1961年被选为F-111的动力装置,成为世界上第一种军用加力涡扇发动机——TF30。
借助普惠JTF10的技术,斯奈克玛和普惠联合开发了TF306,虽然该项目最终夭折,但斯奈克玛还是在合作中获益良多。JTF10后来发展出著名的TF30。
1967年,斯奈克玛开始打造法国喷气发动机发展史上的第二个里程碑——M53涡扇发动机。值得注意的是,也是在这一年,法国退出了与英国等国合作的“狂风”变后掠翼战斗机项目。“狂风”的方案分歧让法国多少感觉到,在动力核心技术掌握在英国人手里的前提下,自己很难在设计上有更多的话语权。法国人当然有不甘心的理由,当年在合作研制“美洲虎”攻击机时,英国罗罗还和法国透博梅卡公司联合开发了“阿杜尔”发动机,1968年成功首次试车,“阿杜尔”额定推力5240磅,加力推力8430磅,总计生产了2800多台,飞行小时数超过700万。“阿杜尔”有带加力和不带加力两大系列,既能满足对地攻击需要,又能满足高级教练需求,甚至还能满足航母舰载机需要。除了“美洲虎”,日本三菱T-2和F-1,BAE系统公司“霍克”和波音-BAE“苍鹰”,也都采用了该发动机,耐久性和维护性都很不错。通过与罗罗合作,法国发动机研制水平得到了一定的提升,希望在新的国际合作项目上拥有更重要的地位。某种程度上,推出“狂风”项目也促使法国进一步发掘”阿塔”的潜力,开发新型发动机。
M53最初被称作超级”阿塔”,法国希望以此作为国产两倍声速战斗机的先进动力。在”阿塔”基础上经过3
年改进,M53最终诞生。1970年起,首批20台样机开始测试;10月,发动机达到了设计转速和最大不加力推力(11446磅/50.96千牛);1971年9月,M53实现了最大加力推力(18740磅/84.43千牛);1973年7月,M53装上一架“快帆”右侧的发动机短舱接受飞行测试,次年12月又被装上“幻影”F1-M53进行高马赫数飞行试验——当时该机正在同F-16角逐北约战斗机招标合同。
M53的设计理念可以追溯到”阿塔”9C/9K,M53也采用单轴设计,风扇、高压压气机和涡轮都在一根轴上。许多人以为作为目前世界上在主力战机上服役的唯一一款单轴涡扇发动机,M53的设计颇为老套。也许,但不能否认这一设计却
让M53的结构异常简化,比当年的TF306(该发动机十分接近普惠TF30)更加简单可靠。和同时代的双轴涡扇发动机相比,M53皮实耐用,完全不需要悉心关照。M53的维护也非常简便,因为采用了模块化制造理念,零部件通用性非常好。维护过M53的工程人员对这种发动机最深的印象就是简单,它没有可调定子,活动零部件数量也较少,其可靠性较好,操控性也不错,在使用中性能没什么限制——这在作战中尤为重要。
“幻影”2000家族的动力系统——斯奈克玛M53单转子涡扇发动机
当然,结构简单和高可靠性的取得并非没有代价,单转子设计限制了压缩效率。通常双转子发动机可以获得更好的压缩比,燃油经济性更好,推力也更大。M53-P2不加力单位推力油耗为0.9,而同类军用涡
扇发动机这一数值通常为0.68~0.76。M53的压缩比是9.8:1,而同时代通用电气F110和普惠F100压缩比为30:1,与之相对F110和F100的推力也显著高于M53,F100-PW-200加力推力可达10800千克(23770磅),F110-GE-100的推力为13150千克(28984磅),而M53-P2干推力14500磅(64.7千牛),加力推力也才21400磅(95.1千牛)。
法国人原本希望M53能在1975年开始服役,升级型“幻影”F1和变后掠翼的“幻影”G4以及双发的“幻影”4000都计划采用M53。但这几个项目最终全都夭折,今天M53唯一的用户是“幻影”2000系列战斗机。“幻影”2000能成为一款世界上著名战斗机并成功销售到多个国家,M53功不可没。
CFM56的故事
引人深思的是,法国政府在民用航空发动机发展上所下的功夫,绝不亚于军用喷气发动机,CFM56就是最为鲜明的例证。
上世纪60年代,斯奈克玛开始研究新一代10吨级推力(20000磅/89千牛)的高涵道比民用涡扇喷气发动机,斯奈克玛公司希望凭借军用喷气发动机研发基础,开发出具有竞争力的民航发动机。斯奈克玛也明白,民用航空发动机的市场需求与军用发动机差异迥然,也想寻求经验丰富的合作者。
法国人先后考量了普惠、罗罗、通用电气等几家公司,普惠自己有一款成熟的JT8D发动机,如今正考虑
继续升级竞争10吨级市场,英国罗罗技术实力不俗,但在RB211项目研制中遭遇了重大财务危机,面临破产境地。这样一来,只有通用电气最为合适。最终在1971年巴黎航展上,斯奈克玛与通用电气达成了一致,双方都看到了未来新航空发动机的巨大市场潜力和商机,不久即签署协议,决定合作开发新型民用航空发动机。
通用电气原本看不上实力稍逊的斯奈克玛,之所以能同意合作开发而不是自己开发10吨级涡扇发动机,主要原因是不想独自负担巨额研发费用。通用电气原本只打算提供CF6发动机