美俄戰略轟炸機發動機發展研究

■ 陳健 廖忠權/ 中國航發研究院

戰略轟炸機是軍事強國不可或缺的武器裝備，對維護國家安全有著重要的軍事意義。發動機作為戰略轟炸機的核心部件，對轟炸機的發展至關重要。

美國隱身戰略轟炸機 B-21 首飛

戰略轟炸機是世界軍事強國重要的威懾裝備，也是核武器的重要載具，是海陸空三位一體核打擊體系不可或缺的一環。第二次世界大戰后，經過70多年的發展，世界軍事技術和防空體系獲得了長足的進步，戰略轟炸機雖歷經多次更迭換代，但作為大國強國戰略裝備的地位仍未動搖，甚至愈加穩固，而作為戰略轟炸機“心臟”的發動機相對其他部件頗具特殊性，是軍事強國重點發展的核心裝備之一。

轟炸機及動力發展歷程

自第二次世界大戰結束以來，世界軍事強國防空系統主要經歷了4個階段的發展。作為大規模攻擊性武器的戰略轟炸機為了突破對方防空系統，相應經歷了高空突防、超聲速突防、低空突防，以及隱身突防4個發展階段。轟炸機動力也跟隨不同時期轟炸機的作戰需求而不斷變化。目前，美俄在役的轟炸機主要包括美國的B-1B、B-2A、B-52H，以及俄羅斯的圖-95、圖-22、圖-160M。在研的轟炸機主要包括美國的B-21和俄羅斯的未來戰略轟炸系統（PAK DA）。

圖-160轟炸機及NK-32發動機

高空突防（20世紀40—50年代）

核武器自出現以后就成為了冷戰時期的主宰因素，當時運載核武器的工具只有戰略轟炸機，因此備受重視，軍事強國都把戰略轟炸機作為核戰略的支柱。當時，防空武器主要為各式高射炮，各國根據戰爭經驗和科技發展程度，不斷改進高射炮的性能。對此，轟炸機的發展思路是：更快的速度、更高的飛行高度、更優的飛行性能，動力采用燃氣渦輪發動機（主要采用渦噴、渦扇和渦槳發動機取代活塞式發動機）；依靠轟炸機優越的飛行性能，采用高空突防戰術，以避開高射炮的攻擊。

典型轟炸機及動力包括B-52（配裝J57）、B-47（配裝J47）、圖-95（配裝NK-12）。

超聲速突防（20世紀50—60年代）

20世紀40—50年代出現的噴氣轟炸機都是亞聲速飛機，而此時戰斗機的速度達到了超聲速。當時服役的噴氣轟炸機自衛能力不強、機動性較差、速度偏低、戰場生存能力差。對此，軍事強國采取的對策是提高轟炸機的最大速度，以快制快，擺脫戰斗機的截殺，以提高生存能力?；诖藨鹦g思想，轟炸機的發展思路是：在得不到戰斗機全程護航的條件下，轟炸機主要依靠自身的飛行性能與機載設備，進行高空、低空和超低空超聲速突防，同時具有核打擊與常規打擊能力；進一步增大轟炸機的航程，使之能夠進行更大范圍的作戰。

發動機采用大推力燃氣渦輪發動機，例如，美國XB-70超聲速遠程戰略轟炸機的動力YJ93渦噴發動機，單臺推力達到137～147kN，如此大推力的渦噴發動機在當時非常罕見，即使與今天先進的小涵道比渦扇發動機相比，這一推力水平也極其驚人。由此可見，先進戰略轟炸機的動力要求極高。

典型轟炸機及動力包括B-58（配裝J79）、XB-70（配裝YJ93）；M-50（配裝VD-7M）、T-4（配裝VD-7M）。

低空突防（20世紀60—80年代）

地空導彈出現以后，超聲速飛機從高空突防又遇到嚴重威脅。當時地空導彈系統的速度和過載能力都遠高于以高空高速突防為主的戰略轟炸機，實戰表明高空高速飛行為主的作戰飛機都很難逃脫地空導彈的攻擊。對此，美國空軍提出開發一種既能高速低空突防，又能高空高超聲速飛行的先進戰略轟炸機。借助地面雷達雜波掩護，低空突防攻擊，在敵方防空火力做出反應前，從高空高速脫離戰區，以安全撤離。蘇聯也做出了同樣的戰略選擇。

為了滿足轟炸機的低空突防需求，其發動機推力進一步增大。例如，圖-22M/M2采用兩臺NK-22渦扇發動機，單臺最大加力推力為215.6kN；圖-22M3則是換裝了推力更大的NK-25發動機，加力推力達到245kN，使得飛機高空最大速度從Ma1.65增至Ma2.05。圖-160的動力為4臺NK-32渦扇發動機，加力推力為245kN，該發動機的強大推力使得圖-160成為迄今為止飛得最快的轟炸機，高空最大速度可達到Ma2.1。

典型轟炸機及動力包括變后掠翼轟炸機B-1A（配裝F101）；圖-22M/M2/M3（配裝NK-22）、圖-160（配裝NK-32）。

隱身突防（20世紀80年代—21世紀）

自20世紀70年代以后，信息化技術越來越先進，空間軍事偵察衛星、空中預警機、地面預警系統，以及縱橫交錯的信息網絡不斷完善，各種偵察手段獲取的戰場信息實時傳輸到各個作戰單元，信息盲點大幅減少，戰場環境也更加透明，綜合防空系統的性能快速增長。這使得飛機僅以速度和高度突防不能取得絕對優勢，低空高速突防也逐漸過時。之后，世界各國又普遍發展了空間衛星、各種偵察機、預警指揮機、地（海）面警戒與指揮機構和地下指揮所組成的指揮、控制、通信、計算機、情報、監視與偵查（C4ISR）系統網絡，并以此為基礎構筑了嚴密的防空網絡。鑒于此，自20世紀70年代以后，采用隱身飛機突防就成為了航空強國的重要選項，對轟炸機及動力隱身性的要求大大提升。

為了滿足轟炸機的隱身需求，發動機也開始采用隱身設計。配裝美國F-117A隱身戰斗轟炸機的F404-GE-F1D2發動機和配裝B-2A隱身戰略轟炸機的F118-GE-110渦扇發動機都采用了隱身設計。

典型轟炸機及動力包括F-117A（配裝F404）、B-2A（配裝F118）。

美國戰略轟炸機發動機發展策略

戰略轟炸機裝備數量一般較少，所需發動機數量也少，單獨為戰略轟炸機開發全新發動機并不十分經濟。對此，美國多采取利用其他飛機平臺動力衍生發展轟炸機發動機的策略。

衍生發展

20世紀70年代初至今，專門為B-1戰略轟炸機研發的F101發動機是美國唯一一型專門為轟炸機研制的渦扇發動機，其他的轟炸機用渦噴、渦扇發動機幾乎都是由當時的戰斗機或運輸機發動機改型，或由其核心機衍生發展而來，從最初的J47、J79、TF33，再到F404-F1D2（F-117隱身飛機動力）、F118-110（B-2A轟炸機動力）和F130（B-52換發動力），全都沿襲了這一發展模式，為了滿足不同時期轟炸機技戰術性能需求，其動力往往也是當時美國推力較大的中小涵道比渦扇、渦噴發動機。此外，美國的轟炸機發動機沒有專門一貫的制造商，針對每一型轟炸機，選擇幾家發動機競標商提供的最優方案。

美國在研的下一代隱身戰略轟炸機B-21已于2023年11月10日完成首飛，將在加利福尼亞州愛德華空軍基地進行飛行測試。據推測B-21可能采用F135發動機（F-35戰斗機動力）改進型，同樣是上述衍生發展戰略的延續。

升級換發

在不同的歷史時期，隨著軍事環境的變化，以及發動機技術的進步，為了保證轟炸機的作戰性能跟上時代發展和滿足國家軍事需求，往往會對服役年限非常長的轟炸機進行升級換發。

升級換發在B-52轟炸機上體現的十分明顯：B-52第一批生產型是B-52B，1955年開始裝備軍隊，動力采用J57-P-19W渦噴發動機；B-52B的改進型B-52C，動力采用J57-P-29渦噴發動機；B-52的改進型B-52F，1958年裝備軍隊，動力換成了J57-P-43W；B-52H是B-52G的改進型，1961年裝備軍隊，動力又換成了推力更大的TF33-P-3渦扇發動機，推力為77.71kN。

自20世紀70年代開始，有關B-52H換發的建議就不斷被提出，但一直未實施。隨著使用年限的延長，B-52H配裝的TF33發動機面臨可持續性制造和保障的難題，美國空軍在2021年預算申請隨附的文件中表示，預計到2030年這些發動機將變得不可用；此外，由于TF33發動機的生產線已經停產多年，尋找發動機備件變得越來越難，提高了后期維護的成本，TF33發動機的基地級維修成本從1996財年的25.7萬美元大幅增加到2019財年的170萬美元，23年時間里增加到6倍?；诙喾N原因，美國空軍于2018年重啟了B-52H換發工作，并命名為B-52商用發動機更換計劃（CERP）。

CERP對發動機提出了以下要求：燃油效率提高20%～40%；具有與TF33發動機相同的推力等級；航程增加40%；在最小控制空速不變的情況下，維持當前的作戰上限和起飛性能；發動機必須與B-52H的電氣、液壓、氣動和燃油系統兼容，同時不影響外部武器性能。

2020年5月19日，CERP需求建議書規定了TF33發動機將與新發動機一對一換發。隨后GE公司、普惠公司和羅羅公司遞交了投標書。GE公司的競標產品是CF34-10發動機和“通行證”（Passport）發動機，普惠公司的競標產品是PW815發動機，羅羅公司的則是F130發動機（BR725的軍用改型）。

2021年9月24日，羅羅公司競標成功，獲得了美國國防部一份價值5.009億美元的初始合同，用于在B-52H轟炸機上對F130發動機進行開發和測試。隨后，將為美國空軍所有76架B-52H轟炸機更換650臺新型F130發動機，包括42臺備用發動機，總價值26億美元。

2023年3月，羅羅公司開始測試F130發動機，并計劃在2023年年底前完成F130發動機的初步測試。

俄羅斯戰略轟炸機發動機發展策略

俄羅斯戰略轟炸機動力發展自成體系，專門針對每一型轟炸機開發全新發動機，其發展具有較強的技術繼承性。

延續發展、專門設計

俄羅斯研制過的轟炸機發動機主要有NK-12、NK-22、NK-144B、NK-25和NK-32。其中，NK-12渦槳發動機是圖-95戰略轟炸機的動力，是迄今為止世界上功率最大的渦槳發動機，也是俄羅斯唯一的轟炸機用渦槳發動機。除了NK-12發動機之外，俄羅斯其他轟炸機的發動機都是在蘇聯時期庫茲涅佐夫設計局NK-6渦扇發動機的基礎上專門發展而來。

NK-6是蘇聯第一型國產渦扇發動機，也是當時世界上推力最大的發動機。該發動機于1958年5月進行了首次試驗，原計劃用于圖-22轟炸機和圖-123無人攻擊機，但最終只是在圖-95飛行試驗平臺上試飛過。庫茲涅佐夫設計局借鑒NK-6渦扇發動機的研制經驗研制了NK-22渦扇發動機和NK-144渦扇發動機。NK-22用于圖-22M/M2超聲速轟炸機；NK-144B用于圖-22MO超聲速轟炸機。在NK-22發動機的基礎上，庫茲涅佐夫設計局又研制了NK-25三轉子渦扇發動機，用于圖-22M超聲速轟炸機，于1976年開始批量生產。NK-25發動機與NK-22發動機的區別是增大了推力、提高了高壓壓氣機的增壓比、提高了燃油的燃燒效率。

NK-32 發動機則是庫茲涅佐夫設計局于20 世紀80 年代專門為圖-160 轟炸機研制的三轉子加力渦扇發動機，并采用了隱身設計。設計局在NK-25的基礎上，于1980年為圖-160研制了NK-321三轉子渦扇發動機。與NK-25發動機相比，NK-321發動機巡航狀態和超聲速狀態的推力增加了，但NK-321發動機并未批產。設計局于1981年又在NK-321發動機的基礎上改型研制了NK-32發動機，1983年，在古比雪夫發動機工廠批量生產，共計生產250多臺。值得一提的是，NK-25發動機和NK-32發動機是當今仍在服役的推力最大的兩型轟炸機發動機。

俄羅斯典型轟炸機及動力

俄羅斯目前正在推進PAK DA的研制，預計2025—2026年首飛。針對PAK DA的動力，俄羅斯官方披露的信息極少，但據2022年俄羅斯媒體的報道，俄羅斯正在為PAK DA專門開發“產品”RF發動機，目前已經對發動機原型機進行了基準測試，這也延續了俄羅斯專門為轟炸機開發全新動力的發展理念。

制造商唯一

俄羅斯轟炸機發動機產品和行業發展的一大特點就是，轟炸機用渦槳和渦扇發動機全部是由聯合發動機制造集團（UEC）旗下庫茲涅佐夫設計局設計。俄羅斯所有的轟炸機發動機都用“NK”命名，這是俄羅斯第一代轟炸機發動機設計師尼古拉·庫茲涅佐夫的縮寫，轟炸機動力設計局也以庫茲涅佐夫的名字命名。

結束語

戰略轟炸機發動機的發展仍將大有可為，隱身性、經濟性，以及作為戰場節點指揮無人機等將是其主要發展趨勢，為支持隱身戰略轟炸機的發展，轟炸機發動機的發展至關重要。美國和俄羅斯采用了不同的轟炸機發動機發展思路，俄羅斯的轟炸機發動機幾乎都是專門為轟炸機設計，然后又用于其他飛機平臺，而不是利用其他成熟軍民用發動機衍生發展，這和美國的發展思路剛好相反，這兩種不同的發展思路都值得參考借鑒和甄別選擇。