歷史
1968年美國空、海軍空中優(yōu)勢戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃要求大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比和改善進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性。同時(shí)美國國防部作出了采用同一個(gè)核心機(jī)發(fā)展兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的決定。美國空、海軍在1968年4月聯(lián)合提出了一項(xiàng)為期18個(gè)月的初始工程發(fā)展計(jì)劃，要求PW和GE各制造和試驗(yàn)一臺驗(yàn)證機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的核心要能同時(shí)滿足空、海軍的要求。
PW以JTF22核心發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，為發(fā)展空、海軍用的兩種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行投標(biāo)。JTF22是在JTF16驗(yàn)證機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展的，在1969年7月首次運(yùn)轉(zhuǎn)。1970年3月PW在于GE 1/10的競爭中獲勝者，空軍型正式編號為F100，海軍型編號為F401。F100的推力比較低，不過大修間隔時(shí)間較長，F(xiàn)401著眼于航母操作的需求，緊急最大推力的需求較大。兩個(gè)型號只有燃燒段(也就是核心段)是相同的，其他包括風(fēng)扇直徑，加力燃燒室，尾噴管與其他主要次系統(tǒng)都無法互換。
1970年4月USAF與PW簽訂2.75億美元的“成本加獎(jiǎng)勵(lì)”合同。該合同規(guī)定若成本超過或低于合同，則超過或低于部分由空軍和公司按90∶10比例分?jǐn)?。但后來由于?shí)際費(fèi)用超過計(jì)劃費(fèi)用很多，在1971年7月增加合同金額1.22億美元。對用于飛行試驗(yàn)和生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)則按“固定價(jià)格加獎(jiǎng)勵(lì)”的辦法，空軍和公司之間按75∶25比例分?jǐn)?。F100發(fā)動(dòng)機(jī)用于研制的費(fèi)用為4.75億，用于部件改進(jìn)的計(jì)劃費(fèi)用約6.66億。這樣，該發(fā)動(dòng)機(jī)從開始研制到1984年15年內(nèi)總計(jì)花費(fèi)11億美元。
海軍在花費(fèi)3億美金之后，于1971年年中正式通知USAF他們將放棄以F401為F-14戰(zhàn)斗機(jī)更換發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)劃，這項(xiàng)改變導(dǎo)致總采購數(shù)量下降以及發(fā)動(dòng)機(jī)購買成本的上升，加上美國軍方與PW對于測試的時(shí)間表和進(jìn)度之間的認(rèn)識差異，種下后來問題重重的開端，幾乎讓USAF與PW對簿公堂，也促使幾乎喪失軍用發(fā)動(dòng)機(jī)市場的GE有機(jī)會(huì)重新站穩(wěn)腳步并且推出F110渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
可靠性問題
70年代正值USAF在越戰(zhàn)中獲得的空戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)受到強(qiáng)大沖擊，以及蘇聯(lián)的新型戰(zhàn)斗機(jī)不僅在數(shù)量上超過美國，也會(huì)拉進(jìn)與美國現(xiàn)役戰(zhàn)斗機(jī)(主要是F-4)性能上的差距。當(dāng)F100于1970年3月展開全面設(shè)計(jì)工作，并且于1972年7月首次試飛時(shí)，PW并未預(yù)料到該發(fā)動(dòng)機(jī)在材料與先進(jìn)科技運(yùn)用上需要更多的時(shí)間來完成測試與產(chǎn)品成熟化，而海軍的放棄采購使得采用該發(fā)動(dòng)機(jī)的F-15計(jì)劃受到很大的壓力。為了讓新飛機(jī)可以準(zhǔn)時(shí)服役，USAF決定在測試完成前就同意F100進(jìn)入量產(chǎn)，然后PW邊生產(chǎn)邊完成所有預(yù)定的測試項(xiàng)目。
1974年11月F100發(fā)動(dòng)機(jī)正式進(jìn)入U(xiǎn)SAF軍服役，PW嚴(yán)重低估了F-15A每架次飛行中的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力循環(huán)次數(shù)，他們不了解“鷹”在戰(zhàn)斗訓(xùn)練的機(jī)動(dòng)飛行中油門的劇烈變化程度。F100的性能配合F-15的設(shè)計(jì)，讓飛行員擁有大量剩余能量來強(qiáng)化飛機(jī)的機(jī)動(dòng)能力。當(dāng)飛行員處于不停變化的空戰(zhàn)中，油門也頻繁的在低與開加力之間來回移動(dòng)。F100的高性能與快速反應(yīng)，使得油門變化的頻率遠(yuǎn)高于以往的戰(zhàn)斗機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)受到的壓力也遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)估，結(jié)果F100-PW-100出現(xiàn)了大量問題，也成就了F-15戰(zhàn)斗機(jī)經(jīng)常性的"趴窩"。
但該發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的確讓空軍飛行員贊不絕口，F(xiàn)-15的機(jī)動(dòng)能力、加速性能與當(dāng)時(shí)的主力戰(zhàn)斗機(jī)F-4有天壤之別。F100除了提高USAF對于奪取制空權(quán)的信心外，也促成更多新戰(zhàn)術(shù)的研究與使用。
F100發(fā)動(dòng)機(jī)首先要滿足F-15“鷹”的需求，空軍希望等到F-16服役時(shí)F100已經(jīng)成熟可靠了。但是F-15的F100發(fā)動(dòng)機(jī)遭遇到了持續(xù)的可靠性問題，兩家主要分包商出現(xiàn)的勞工問題加重了事態(tài)的嚴(yán)重性。
F100早期發(fā)生最主要的問題有三項(xiàng)，分別是：
·壓氣機(jī)葉片失速。
·渦輪段損毀
·零件壽命遠(yuǎn)低于預(yù)期。
壓氣機(jī)葉片失速
壓氣機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)的前部，負(fù)責(zé)將通過進(jìn)氣道的氣流壓縮，提高壓力和燃燒效率。發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)葉片是翼型剖面，如果吸入的氣流迎角超過臨界值會(huì)引起壓氣機(jī)失速，從而阻斷了進(jìn)入燃燒室的氣流導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)突然失去推力。機(jī)翼失速的時(shí)候無法繼續(xù)維持飛機(jī)穩(wěn)定的飛行與控制，壓氣機(jī)葉片失速的時(shí)候會(huì)影響壓氣機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的順暢性。一般性失速是短暫性的現(xiàn)象，影響有限，停滯性失速則是持續(xù)發(fā)生的，除非飛行員將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉并且重新啟動(dòng)，否則無法消除。
在進(jìn)行大迎角機(jī)動(dòng)時(shí)F100最容易出現(xiàn)停滯性失速，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機(jī)的氣流突然中斷，使核心機(jī)降轉(zhuǎn)，渦輪過熱。如果不迅速解決，渦輪將會(huì)損壞或引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)起火。
還有一種停滯性失速是由于“硬”加力引起的，是由于加力燃燒室內(nèi)的一次小規(guī)模爆炸引發(fā)的。“硬”加力是因?yàn)榧恿c(diǎn)火失敗引起的，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)后部充滿了大量未點(diǎn)燃的燃油，然后燃油被核心機(jī)的高溫燃?xì)庖瑝毫γ}沖波向前傳播至風(fēng)扇，先導(dǎo)致風(fēng)扇失速，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)前幾級失速。此類型的發(fā)動(dòng)機(jī)失速通常是在高空高馬赫數(shù)情況下出現(xiàn)。
F100超過70%的停滯性失速是“硬”加力引起的，也就是說往往在飛行員最需要增加推力的時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)卻失去了動(dòng)力。為了降低發(fā)生的機(jī)率，USAF要求飛行員避免進(jìn)入會(huì)產(chǎn)生停滯性失速的飛行狀態(tài)，降低開加力的頻率等。在遭遇停滯性失速時(shí)標(biāo)準(zhǔn)處置流程是先關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)降轉(zhuǎn)，等渦輪溫度降到紅線以下就立即點(diǎn)火重啟動(dòng)。
YF-16首飛時(shí)并沒有受到停滯性失速的困擾，但隨著初始試飛的展開，安裝F100早期型的一架YF-16遭遇一次停滯性失速問題，發(fā)生在飛機(jī)正常性能包線之外。隨后又出現(xiàn)三次發(fā)動(dòng)機(jī)停滯性失速，都發(fā)生在高空低速大迎角飛行中。生產(chǎn)型F-16首次遭遇類似事故的是比利時(shí)空軍的一架F-16，當(dāng)時(shí)飛機(jī)已接近性能包線的邊界，幸運(yùn)的是飛行員成功重啟發(fā)動(dòng)機(jī)并安全降落。F-16安裝了一臺噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃油啟動(dòng)器，在10668米高度的話飛行員有足夠的時(shí)間依靠沖壓空氣進(jìn)行至少三次無輔助啟動(dòng)。雖然停滯性失速在重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之后就會(huì)消失，只不過這個(gè)程序?qū)τ谥挥袉闻_F100的F-16來說相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)，使得早期F-16因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)出意外的比例偏高。
此外USAF要求地勤人員調(diào)低發(fā)動(dòng)機(jī)的推力輸出以進(jìn)一步減少危險(xiǎn)發(fā)生的概率。這項(xiàng)規(guī)定只限于和平時(shí)期，當(dāng)戰(zhàn)爭爆發(fā)的時(shí)候，還是需要恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)該有的性能。這么一來，F(xiàn)-15的地勤人員必須以手動(dòng)方式調(diào)整每一具發(fā)動(dòng)機(jī)，連新出廠的也不例外，造成額外的工作量與成本支出。令USAF相當(dāng)不滿的是PW的服務(wù)態(tài)度，PW認(rèn)為當(dāng)初收到的設(shè)計(jì)規(guī)范與要求當(dāng)中并未包含這個(gè)部分，而且停滯性失速也與飛行員的操作習(xí)慣有關(guān)系，不愿意免費(fèi)提供解決的方案。雙方的對峙鬧到了國會(huì)，最終使USAF后來與海軍達(dá)成協(xié)議，利用原先預(yù)備為F-14更換發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)費(fèi)，提出戰(zhàn)斗機(jī)備選發(fā)動(dòng)機(jī)(AFE)招標(biāo)。
渦輪葉片斷裂
F100的渦輪葉片需要承受非常高的溫度與轉(zhuǎn)速，當(dāng)葉片發(fā)生斷裂時(shí)，在每分鐘3萬轉(zhuǎn)的高速下，對于發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)體的殺傷力很大。這個(gè)問題產(chǎn)生與上述壓氣機(jī)停滯性失速有密切的關(guān)系。壓氣機(jī)失速時(shí)會(huì)中斷渦輪的冷卻氣流供應(yīng)，渦輪葉片立即發(fā)生溫度分布不均勻和超溫的現(xiàn)象，加上渦輪高轉(zhuǎn)速施加的應(yīng)力，部分葉片結(jié)構(gòu)出現(xiàn)快速脆化與裂縫。等到葉片結(jié)構(gòu)無法繼續(xù)維持時(shí)就會(huì)斷裂，高速飛出造成發(fā)動(dòng)機(jī)或者是機(jī)身其他部分的損傷。
渦輪葉片屬于發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端，需要定期檢查與更換有問題的部分。葉片斷裂并不是F100僅有的問題，許多發(fā)動(dòng)機(jī)都出現(xiàn)過。為了防止斷裂的葉片沖出發(fā)動(dòng)機(jī)殼，F(xiàn)100在發(fā)動(dòng)機(jī)周圍別設(shè)計(jì)一層外襯來限制斷裂的葉片。地勤人員必須將發(fā)動(dòng)機(jī)從飛機(jī)上拆卸下來才能檢查渦輪葉片，無形中增加了工作量與壓力。此外渦輪葉片的壽命縮短也意味著檢查與更換的間隔要縮短，發(fā)動(dòng)機(jī)無法使用的時(shí)間與次數(shù)增加，零件儲存與購買的成本上升。即使USAF與PW歷經(jīng)多次談判商議，也無法形成共識讓PW分?jǐn)偝杀九c責(zé)任。
零件壽命遠(yuǎn)低于預(yù)期
F100的零件壽命短于預(yù)期，原因包含設(shè)計(jì)與操作等方面的因素。噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)上有一個(gè)重要的參數(shù)需要考慮，稱為熱機(jī)循環(huán)。一個(gè)熱機(jī)循環(huán)代表發(fā)動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)之后到最大推力之后，執(zhí)行完任務(wù)再回到最小推力降落的一個(gè)周期，計(jì)算一個(gè)周期需要參考的因子很多：任務(wù)型態(tài)，油門變化和飛行次數(shù)等等，發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)階段就要預(yù)估熱機(jī)循環(huán)的數(shù)量與使用時(shí)數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出適當(dāng)?shù)木S修與檢查的周期。
以F100之前的經(jīng)驗(yàn)來說，操作2000小時(shí)下累積的熱機(jī)循環(huán)次數(shù)大約為1765次，可是F100實(shí)際上累積次數(shù)高達(dá)10360次，這與頻繁的油門從低到開加力有很大的關(guān)聯(lián)。換句話說，F(xiàn)100并不是按這么高的熱機(jī)循環(huán)周期設(shè)計(jì)的，所帶來的負(fù)面效應(yīng)也是前所未見的，諸如許多熱端零件老化速率超過預(yù)期或者是出現(xiàn)上述的渦輪葉片斷裂現(xiàn)象，使得PW與F100飽受批評。雖然一位USAF的工程師宣稱他在F100設(shè)計(jì)階段已經(jīng)注意到這個(gè)問題，但沒有受到應(yīng)有的重視，不過PW的反應(yīng)是USAF方面過度操作F100，并非他們的產(chǎn)品有問題。USAF于1979年被迫接收沒有發(fā)動(dòng)機(jī)的F-15，連同當(dāng)時(shí)問題重重的TF30發(fā)動(dòng)機(jī)，美國?？哲娙笮聶C(jī)種：F-14、F-15和F-16都面臨暫時(shí)停飛或沒有發(fā)動(dòng)機(jī)可用的問題。
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