蘇聯是如何獲得英國先進噴氣發動機技術的?
在冬日朝鮮上空肆虐的凌冽寒風中,一種後掠翼戰鬥機成為聯合國軍空軍揮之不去的夢魘,這種新式蘇制戰鬥機的性能超過了聯合國軍空軍當時的任何一種戰鬥機,洛克希德P-80和格羅斯特「流星」在它面前就像是靜止在空中的靶子。只有在美國空軍緊急向戰區部署裝備最先進F-86「佩刀」戰鬥機的三個中隊後,空戰才恢復了平衡。在接下來的兩年中,「佩刀」和米格-15將在鴨綠江南岸上空的「米格走廊」展開殊死決鬥。
朝鮮戰場上的皇家空軍觀察員是又恐懼又羨慕,英國直到1953年才擁有了能夠匹敵米格-15的戰鬥機,還是加拿大製造的「佩刀」F4。但他們不知道米格-15安裝的發動機就是無授權山寨的羅爾斯·羅伊斯「尼恩」,克萊門特·艾德禮的工黨政府為了與蘇聯政府改善關係,出賣了英國航空技術皇冠上的寶石——噴氣發動機,使英國和西方的安全受到很大威脅。
米格-15的出現讓聯合國軍頗為震驚
這是蘇聯獲取羅羅「尼恩」發動機故事的一個版本,或許也是最受歡迎的版本。雖然這次銷售導致了嚴重後果,即使在英國政府內部也出現了激烈反對的聲音,但做出這個銷售決定並不是因為工黨政府天真,其背後有比表象更為艱難的現實政治。蘇聯人獲得的好處也並如故事講述地那麼直接,羅爾斯·羅伊斯公司並沒有手把手教蘇聯人如何製造噴氣發動機,而是該公司的「尼恩」從一些方面印證了一種蘇聯本土設計的正確性,並指出了發展方向。
日落帝國
第二次世界大戰結束時,英國面臨著「金融敦刻爾大撤退」(這是經濟學家約翰·凱恩斯首先提出的一個術語)。發生在一代人身上的兩場世界大戰耗盡了帝國的貨幣儲備,英國迫切需要增加出口來支付重建和住房、醫保、養老金等社保費用,工黨在這種形勢下獲得了1945年大選的勝利。
英國製造的噴氣式飛機和噴氣發動機當然是拿得出手的高附加值高科技產品,正是英國政府迫切需要的出口產品。因此英國空軍部把最新噴氣式飛機列入了「允許出口名單」,且無需任何特定部門的批准。不過這並不代表英國政府無法控制出口,貿易委員會仍規定出口產品需要先獲得出口許可證,但這個許可證只是個象徵性的證明。英國政府把國際航空市場視為一種非合作博弈,一方有所得,其他方必有所失,所以為了擴大份額,英國政府希望能通過出售先進軍用飛機進軍民機市場,就像美國人做得那樣,至少在英國先進客機(「布拉巴宗」客機)問世前先插上一足。
像大多數二戰強權一樣,蘇聯在戰時也啟動了自己的噴氣發動機研究計劃,但最後沒能拿出任何實用化的產品。首批蘇制噴氣發動機逆向工程自繳獲的德國發動機,其中有榮克斯Jumo 004和BMW 003軸流式渦噴發動機的山寨產品,和原品一樣壽命很短。雖然蘇聯人改進了渦輪葉片的製造材料,但其工作溫度和抗蠕變性能仍然相對較差(固體材料在機械應力和高溫下緩慢出現的永久性變形)。
蘇聯人到1946年初已經很清楚這些基於德國技術的發動機已無望發展成下一代發動機,而研製中的蘇聯本土設計仍需多年才能投產。
蘇聯空軍在1946年3月發布了一項戰鬥機需求,要求時速達到1000公里/小時,能否實現完全取決於蘇聯能否研製出相應的噴氣發動機。
「白痴才願意向我們出賣自己的秘密!」
1946年4月,斯大林在克里姆林宮主持召開了一次會議討論蘇聯噴氣發動機的發展現狀。鑒於德國發動機的缺陷和蘇聯本土設計的研製時間表,會議做出了嘗試從國外引進先進發動機的決定。當時英國製造的噴氣發動機是世界上最好的,所以斯大林決定嘗試接觸英國製造商。
蘇聯情報機構提出羅爾斯·羅伊斯的「尼恩」和「德文特V」是最符合蘇聯空軍需求的發動機,列入了最優先清單。據說斯大林本人對這次購買持懷疑態度:「白痴才願意向我們出賣自己的秘密!」,但還是批准了這一嘗試。1946年5月,蘇聯駐倫敦貿易辦事處接觸了羅爾斯·羅伊斯公司,諮詢購買噴氣發動機和生產許可證事宜,並獲得令人鼓舞的答覆。1946年6月,蘇聯部長議會批准購買10台「德文特」和10台「尼恩」離心式渦噴發動機。
羅羅尼恩發動機
這個消息引起英國政府的驚慌,與向法國乃至中華民國出口噴氣發動機不同,英國認為蘇聯是一個不安分的盟友,具有潛在的戰略威脅。當時英國供應部估計英國在噴氣發動機技術上領先蘇聯大概五年,如果向蘇聯出售發動機,那麼領先幅度就可能下降到三年,而出售生產許可證則會把領先時間進一步縮短至一年,所以英國政府沒有批准羅爾斯·羅伊斯銷售許可證。1946年7月,英國政府叫停了發動機銷售,留出更多時間來考慮後果。
英國政府內部出現了強烈反對銷售的聲音,首先站出來的主要是軍方人士,他們擔心這會給潛在敵人帶來優勢。然後一些外交官也加入進來,其中最具影響力的是外相埃內斯特·貝文,他對蘇聯的意圖表示深深的懷疑。支持交易的官員里有貿易委員會主席斯塔福德·克里普斯爵士,他們指出這次出口是對外貿易的需要,除賺取外匯外,蘇聯還威脅說如果拿不到發動機就要向英國禁運木材和糧食。對於一個已被迫採取麵包配給制(英國在二戰最困難時期也沒採用麵包配給)且需要大量木材重建住房的國家來說,這的確是個嚴重問題。更悲觀的是,他們認為由於「尼恩」已經被賣給了共產主義運動盛行的法國,莫斯科獲得這種發動機是早晚的事。
雖然當時英國已經把蘇聯視為潛在威脅,但也只是「潛在」而已,捷克斯洛伐克政變和封鎖柏林還沒有發生,英國戰略計劃假設到20世紀50年代末仍不會與蘇聯發生重大衝突。此外,「尼恩」和「德文特」雖然在1946年還算世界上最先進的噴氣發動機,英國公司已著手研製下一代發動機,比如羅爾斯·羅伊斯在1945年開始研製的AJ65軸流式渦噴發動機,維克斯公司也在為未來的阿姆斯壯·西德離「藍寶石」研製世界上最先進的軸流式壓氣機,離心式渦噴發動機已經過時了。
出於這些考慮以及對蘇聯物資的需求,克萊門特首相在1946年9月批准了這一銷售:「我找不到任何拒絕向蘇聯銷售這些發動機的理由,拒絕只會引起麻煩和懷疑。」空軍參謀部的威廉·艾略特元帥指出如果要降低這次銷售對國防安全的影響,就必須守住製造鈮錳合金的秘密,誰知最後一語成讖。
一批蘇聯工程師和軍人在9月份訪問了羅爾斯·羅伊斯,考察了發動機測試設施和公司的技術培訓中心。在1946年11月的巴黎展上,蘇聯代表團又仔細觀察了安裝「尼恩」和「德文特」發動機的戰鬥機,並檢查了發動機。
12月,一個蘇聯代表團訪問英國考察噴氣技術並試圖完成交易。乘員成員包括飛機設計師阿爾喬姆·米高揚(他的哥哥是蘇聯政治局成員和貿易部長阿納斯塔斯·米高揚)、發動機設計師弗拉基米爾·克里莫夫、冶金學家S·基什金,來自蘇聯大使館和貿易部門的工作人員,軍事參贊M·帕希寧。他們當月的大部分時間都花在了參觀一系列發動機和飛機製造廠,包括羅爾斯·羅伊斯、維克斯、布里斯托爾、格羅斯特、英國電氣、德哈維蘭和維克斯-阿姆斯壯,考察了許多最新型的飛機和噴氣發動機。
代表們的一個秘密任務就是獲得更詳細的燃氣輪機技術,特別是製造渦輪葉片所需的鈮錳合金,鈮錳合金工作溫度和抗蠕變性能遠遠超過了蘇聯使用的鈦鎳鉻合金。代表們甚至用上了007電影中才會出現的間諜手段:克里莫夫在參觀羅爾斯·羅伊斯工廠時穿著一雙貌似普通的軟底鞋,他對車床加工渦輪部件表現出了異乎尋常的興趣,偷偷用軟底鞋吸附掉落在地面的切削,很快這些碎屑就被送到莫斯科分析。基什金更為大膽,他在參觀過程中神不知鬼不覺得把一片渦輪葉片塞進了口袋!
山寨努力
代表團也表示有興趣購買英國的噴氣戰鬥機,尤其是格羅斯特「流星」和德哈維蘭「吸血鬼」。格羅斯特公司原則上同意出售三架「德文特」動力的「流星」,總價33950英鎊。「吸血鬼」的情況更複雜一些,此時德哈維蘭正在測試換裝「尼恩」發動機的「吸血鬼」原型機,由於羅羅發動機需要更大的空氣流量,所以該機在機身上增加了安裝了「象耳」輔助進氣口,結果在高速下出現了穩定性問題。蘇聯人並不知道這一點,蘇聯情報部門堅持認為「尼恩吸血鬼」已經投產。
最終德哈維蘭說服蘇聯人安裝「小妖」發動機的「吸血鬼」才是生產型,並獲得了三架「吸血鬼」的意向訂單。但是蘇聯人吝嗇的購買數量使英國空軍部懷疑蘇聯向在這些飛機上獲取把噴氣發動機整合進飛機的最先進技術,於是向首相提出了抗議。克萊門特同意停止向蘇聯出售戰鬥機,除非他們拿出具有同等價值的技術進行交換,顯然這是不可能的。
同時,羅爾斯·羅伊斯在忙於為蘇聯製造發動機,在英國進行了出廠測試後,首批10台「尼恩」(單價7300英鎊)和10台「德文特V」(單價6050英鎊)發動機於1947年3月抵達蘇聯。同時蘇聯人下達了第二批訂單,訂購15台「尼恩」(其中5台是「尼恩II」)和20台「德文特V」,價格與前一批相同。5月又下達了第三批20台「尼恩」和4台「德文特」的訂單,但這批訂單從未交付,「尼恩」的漲價和預計交貨日期的推遲導致蘇聯取消了這個訂單。
RD-45發動機
這些發動機到達蘇聯後就立即被送到專業工廠進行逆向工程和山寨,「德文特」發動機被送到第500發動機工廠,「尼恩」怎來到了第45發動機工廠。兩種發動機的山寨型號分別是RD-500和RD-45(RD是俄文噴氣發動機的縮寫)。
1947年12月,第一台RD-500首次試車。這台發動機在測試中出現了不均勻燃燒和燃燒室破裂的問題,不過都屬於噴氣發動機研製的常見問題,可能是因為燃料和速度控制系統改用蘇制零件導致的。RD-500面對的最大問題是找到能媲美鈮錳80合金的材料。經大量研究後,KhN 80T鎳鉻合金問世了,使RD-500通過了100小時的驗收測試。事實證明KhN 80T與鈮錳80具有相似的熱性能,但不具備後者的抗蠕變性能,所以RD-500的實際使用壽命不到100小時。
RD-500發動機
由於資料有限,蘇聯發動機廠在這種跳級生產上遇到的困難是顯而易見的。1947年生產的每台發動機都耗費了20000工時,由於鑄造缺陷,大約30%的渦輪葉片必須被廢棄。英國人則採用先鍛造後切削的方式來製造渦輪葉片,他們在戰爭期間曾嘗試過鑄造工藝,但很快就放棄了。次年,製造一台RD-500已經下降到7900工時,1949年每台發動機大約消耗4734個工時,仍高於4000工時的計劃目標。相比之下RD-45的發展更為順利,在1948年8月通過了100小時耐久測試。由於從RD-500研製中吸取了教訓,每台發動機只需3557個工時。隨後RD-45被改進成RD-45F,大致相當於「尼恩II」。
VK-1渦輪噴氣發動機是另一種從銷售中獲得好處的型號,這種發動機推動著1950年投產的米格-15比斯戰鬥機在朝鮮上空與後期型「佩刀」戰成平手。雖然VK-1一般被人們認為是「尼恩」的山寨產品,但這種發動機絕不是對這種發動機的逆向工程。事實上VK-1的研製在英國發動機抵達蘇聯之前的1946年就開始了,研製動因就是斯大林在1946年4月召開的那次會議。改項目在會後幾天後就獲得了批准,設計任務被交給OKB-117設計局及其總師弗拉基米爾·克里莫夫。
「尼恩」的蘇聯表親
克里莫夫決定參考「尼恩」設計VK-1,於是搜集了公開航空文獻中能找到的「尼恩」的所有圖紙和技術資料。他的目標是研製一種推力比「尼恩I」大30%,達2700千克的離心式渦噴發動機,所以VK-1的總體尺寸也略大於「尼恩」,並在設計上考慮使用蘇聯現有材料和製造工藝。
克里莫夫在1937年12月訪問英國前已基本完成VK-1的設計,他在英國仔細檢查了「尼恩」後又做了一些細小改進。當第一台羅羅發動機抵達蘇聯時,VK-1的設計並沒有出現什麼實質上的變化,只有不到10%的零件能與RD-45(也就是「尼恩」山寨型)互換。早期VK-1的渦輪使用鈦鎳鉻合金製造,在升級成KhN 80T合金渦輪後通過了100小時測試。VK-1A改進型於1952年投產,雖然推力保持不變,但通過使用更先進的合金提高了壽命。帶加力的VK-1F在1951年開始台架試驗,生產型於1953年投產。
蘇聯人圍繞著「尼恩」和「德文特」的性能指標研製了多種飛機,事實上蘇聯訂購第二批羅羅發動機的主要原因就是山寨發動機不能快速滿足眾多測試項目的需求。蘇聯共接收了30台「德文特」,其中20台被安裝在實驗飛機上,25台「尼恩」中則有16台。隨著RD-45和更先進的VK-1投入服役,RD-500主要被安裝在訓練和二線飛機上。改進後的RD-500K成為KS-1/AS-1「狗窩」巡航導彈的動力裝置,一直服役到1969年。
米格-15比斯使用的VK-1發動機
獲得了巨大成功的伊柳辛伊爾-28戰術轟炸機在首飛時安裝的是RD-45F發動機,量產型改用VK-1。最成功的使用RD-45的飛機,而且也是對西方衝擊最大的是米格設計局的米格-15。該機是應1946年蘇聯空軍戰鬥機需求研製的,和F-86一樣採用了德國在後掠翼上的氣動研究成果。1947年4月,米格設計局接到了製造兩架安裝羅羅「尼恩」發動機原型機的命令。
第一架原型機安裝「尼恩I」發動機,於1947年12月30日首飛。第二架原型機安裝「尼恩II」發動機,於1948年5月首飛。第三架原型機是一架預生產型,仍然安裝「尼恩II」。到年底生產型原型機首飛時,RD-45也開始全面生產。1949年首飛的米格-15比斯換裝了VK-1。米格-15在朝鮮成功阻擊了強大的美國空軍,迫使B-29轉向夜間轟炸,並與F-86「佩刀」針鋒相對。正是米格-15如此鋒芒畢露,才使「尼恩」的銷售顯得愚蠢無比。
在最後一批發動機從德比啟程發往蘇聯時,英國政府仍在低估蘇聯的工程能力,覺得如此少量的發動機並不能迅速提高蘇聯的噴氣發動機技術。在1947年8月的圖什諾航空節上,蘇聯空軍公開展示圖-4轟炸機,這種波音B-29的山寨版在三年內就搞成功了。蘇聯然還展示了蘇霍伊蘇-9雙發噴氣式戰鬥機和圖波列夫圖-12實驗性中型噴氣式轟炸機。前者安裝了德國血統的噴氣發動機,後者則是圖-2轟炸機的噴氣改型,安裝了兩台幾個月前英國提供的「尼恩」發動機。第二年,在圖希諾出現的米格-15原型機進一步強調了英國政府的短視,這種戰鬥機後來在中國和朝鮮上空的作戰表現充分證明了這一點。
有趣的是在英國軍隊中,「尼恩」只裝在兩種臨時戰鬥機上:超馬林「攻擊者」和霍克「海鷹」。
後記
雖然英國的這次銷售加速了蘇聯在噴氣發動機領域的追趕速度,但羅羅發動機實物在其中的貢獻可能比人們通常認為的要小。VK-1在設計上主要參考了公開文獻中的「尼恩」資料,從長遠來看,英國發動機的主要貢獻可能更在於提高了蘇聯的高溫冶金技術。
說到底,克萊門特·艾德禮批准向蘇聯出售發動機並不是因為要與蘇聯政府改善關係,而是綜合考慮了多個原因。英國當時急需外匯和蘇聯提供的物資,不得不在商業和國家安全之間進行權衡。這次銷售發生在冷戰開始前的短暫時間窗口中,英國正在研製下一代噴氣發動機,完全低估了蘇聯的技術和工程能力,並假設在20世紀50年代中期之前不會與蘇聯發生衝突。
蘇聯在1946年為55台發動機共支付了364000英鎊,相當於今天的七千萬英鎊,無論從哪方面看都是非常划算的。羅爾斯·羅伊斯副總裁惠特尼·司推特在20世紀50年代末在去中國訪問時發現了非法複製的「尼恩」和「德文特」,於是怒而起訴蘇聯政府的侵權,索賠2.07億英鎊,當然沒人接招。
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