提升性能的唯一途徑，從銀河運輸機的改進看運-20換髮動機

8月2日，洛克希德·馬丁公司宣布向美國空軍交付最後一架C-5M「超級銀河」戰略運輸機，標誌著該機在服役期間最大一項升級項目的正式結束。

C-5「銀河」是美國空軍現役最大型戰略運輸機，長75.3米、翼展67.89米、高19.84米、最大起飛重量達381噸，最大載重量122.5噸。C-5是名副其實的巨無霸，其最大起飛重量和最大載重與著名的安-124「魯斯蘭」的405噸和150噸相差不大。

C-5自1970年開始服役後就一直飽受機翼大梁裂紋和可靠性問題的困擾，前者通過更換高強度耐腐蝕鋁合金製造的新機翼得以解決，可靠性問題則持續困擾著C-5A/B/C三種型號，嚴重影響了該機的妥善率和出動率。

1997年的一項研究表明，當時美國空軍中擁有的許多C-5運輸機的機身在經過近25年的服役之後仍擁有80%的剩餘壽命，因此如果能大幅改進該機的可靠性問題，作為一種無可替代的戰略轟炸機C-5還能服役上很多年。於是美國空軍空運司令部在1998年決定啟動C-5M「超級銀河」重大升級項目，責成洛克希德公司對52架C-5實施重大升級。

經過詳細研究後，洛克希德公司確定了C-5可靠性不佳的主要原因，排名第一的是通用電氣TF39渦扇發動機。這是一種早期渦扇，在設計上不夠成熟，在C-5的服役過程中曾發生過多起發動機渦輪爆炸事故。好在C-5具有三發安全飛行能力，都依靠剩餘的發動機安全降落。隨著壽命的耗盡，TF39在服役末期可靠性大幅下降，維護負擔直線上升，因此在C-5M升級中是第一個要被換掉的設備。

排名第二的是航電可靠性問題。C-5的航電系統基於上世紀70年代的模擬航電，經過多年老化後頻繁出故障，告警系統的虛警率居高不下，甚至機組會在一架次飛行中可能會遭遇多起虛警，都需要一一排除。

所以C-5M的升級重點放在了新型發動機、新型航空電子設備和診斷系統上，經過升級後的飛機將能服役到本世紀40年代。洛克希德為C-5M選用的新發動機是通用電氣公司的F138-GE-100，也就是大名鼎鼎的CF6-80C2的軍用型。該發動機的風扇直徑增加到2.36米，氣流流量增加到790千克/秒，總壓比30.4，涵道比5.15，靜推力達263千牛。CF6-80C2目前已被安裝在11種寬體客機上，包括波音747-400、MD-11，此外還還獲得了空客A300、A310、波音767的ETOPS-180認證，是一種成熟可靠的渦扇發動機。

由於F138在推力比TF39增加22%的同時油耗卻有所降低，所以也導致C-5M的性能有了很大提高，如起飛時間縮短了30%、爬升率提高了58%、飛機航程增加了1667公里至9723公里。洛克希德表示新發動機的可靠性和安靜性也提高了十倍。

C-5M的換髮該機對我國運-20運輸機的換髮也具有很大借鑒意義。運-20目前安裝的是4台D-30KP-2渦扇發動機，是俄羅斯索洛維耶夫設計局在上世紀70年代研製的一種渦扇發動機。由於該發動機脫胎於米格-31戰鬥機的D30-F6，所以涵道比僅為2.42，最大推力118千牛，在推力和耗油率指標上距離運-20的目標發動機WS-20相去甚遠，直接影響了該機的一些性能指標。

目前WS-20正在一架伊爾-76上緊鑼密鼓的飛行測試中，網傳這款發動機是以「太行」核心機為基礎，我國自行研製的一種大涵道比渦扇發動機，具有1級風扇、3級低壓壓氣機、7級高壓壓氣機、短環燃燒室、1級高壓渦輪、3級低壓渦輪、全許可權數字控制(FADEC)系統等模塊，綜合性能達到CFM-56的水平，比D-30KP-2先進許多。WS-20的具體推力目前尚不明確，一說在120-140千牛，但從俄羅斯在伊爾-476改進項目中使用的PS-90A-76渦扇發動機起飛推力達142千牛，以及運-20的最大起飛重量高於伊爾-76來看，WS-20的推力可能需要達150千牛以上到才能滿足要求，相當於CFM-56的高推力版。

換裝WS-20後的運-20除了能像C-5M在爬升率、起飛滑跑距離、航程上獲得直接好處外，還將能大幅降低起降速度，提高起降性能。這是因為WS-20的換裝使運-20有可能恢復被D-30KP-2耽擱的吹氣襟翼增升設計。烏克蘭安東諾夫公司曾以顧問身份參與運-20的早期概念研究，在該公司公布的草圖上就能看到為大涵道比渦扇發動機設計的吹氣襟翼。這種增升技術通過直接把發動機噴氣吹向下偏的雙縫襟翼，把噴流導向後下方產生反作用升力和環流升力，從而大幅增加運-20的低速升力，改善起降特性，使該機能從容在非鋪裝跑道起降，真正成為具有戰術起降能力的戰略運輸機。

WS-20對運-20的意義非常重大，換裝該發動機是實現運-20原有設計意圖和指標的唯一途徑。

作者：阿姆斯壯

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