但是J58遇到麻烦。这种发动机不像普惠或其他任何公司过去制造的发动机那样,除工程挑战之外,还有人员问题。事实证明,当初决定为佛罗里达配备几乎全部是新招聘的员工就是个错误。佛罗里达团队尽管技术精湛,但是没有管理复杂项目的经验。在康涅狄格州,很多事情能够做好,因为人们通过潜移默化的“普惠行事方法”找到解决问题的途径。这一点在佛罗里达基本没有形成,人们还没有机会建立自己的知识库。因此1962年底和1963年相当多的人从东哈特福德南下,两班人马经过艰难的磨合期,最终问题得以解决,项目走上正规。
J58出现了一系列特殊的问题,即使今天,也是普惠公司所制造的在技术上最具挑战性的发动机。在Ma3的速度下,压气机温度达到800[4] ,涡轮进气温度为2000,燃油700,滑油1000。因此,必需研制能够经得起如此高温度的特种燃油和滑油。但是最大的问题是材料。
项目经理比尔·布朗后来回忆:“我不知道任何一个部分,小到发动机的肩销键,能否使用之前发动机的材料来制造。”必须改变涡轮盘使用合金的化学成分以提高其耐热性和强度。必须研发锻造和热处理盘件的新方法。工程师们用新的合金制造涡轮叶片,并完善了发动机机匣使用的大型超级合金板材的轧制方法。
这些工作以及为RL10和其他项目所做的相似工作在材料科学方面给了普惠公司巨大优势。佛罗里达研发中心材料组和康涅狄格州的材料组在超级合金、粉末冶金、涂层和非常先进的锻造技术方面世界领先。如今,这些知识宝库已经并将继续帮助普惠公司成为材料科学方面的翘楚。
另一个重要问题是发动机循环本身。J58开始时作为纯涡轮喷气发动机,但是这种设计用于“黑鸟”飞机不可行。功率不够,耗油太多。飞机要连续以Ma3.5的速度在100000ft高度长时间飞行。在这些条件下,会出现严重的气流问题。压气机的后面几级无法处理大量空气,使压气机前面几级和加力燃烧室效率降低。因此J58的原设计作废,并以双循环法代替。在速度低于Ma3时,发动机作为涡喷发动机工作,发动机进气全部流过核心机。在速度达到和超过Ma3时,“外涵放气循环”开始工作。压气机部分空气被输送到后面几级,然后重新引入涡轮排气进行复燃加力。在非常高的速度和高度情况下,这种方法使发动机推力提高22%,而油耗没有明显增加。
1962年末,J58开始用于A-12原型机。空军也订购了截击机样机YF-12A,但从未投产。SR-71定型,1966年开始服役。该机创造了速度和高度的各项纪录,包括其最后一次飞行。“黑鸟”从加利福尼亚州飞到首都华盛顿只需68min17s,赢得史密斯国家航空航天博物馆的最高荣誉。
超声速运输机带来的失望
佛罗里达研发中心的下一个大项目是拟议中的超声速运输机(SST)发动机。超声速运输机可能是当时争议最大、费用最高的计划,激发所有人的想象力。航空界的人们把它看作迈向未来的一大步。日益壮大的环保运动则憎恨它的诞生。管财务的人们看到账单大概会晕过去。这里还牵涉到民族自豪感。法国和英国正在制造“协和”号客机,天啊!美国不能落在别人的超声速尾流之中。
1964年,普惠和通用电气公司获得为超声速运输机研制发动机的合同,而波音和洛克希德公司得到机体生产的合同。佛罗里达研发中心团队最有资格承担并且高兴地接受了这一任务。不久宣称“54K志在必得”的标语口号遍地都是,其中54k所指是完成54000lbf的推力要求。到1966年3月,基于J58和TF30战斗机发动机的技术,第一台JTF17发动机完工并运行。最终试验结果于12月成册并上报有关部门,前景乐观。每个人都回家享受圣诞节假期。当节后回来上班时,人们都极其失望。通用电气公司获胜。又一次,公司内外对普惠的未来产生质疑。SST的失利加上空军决定由通用电气公司承担新的C-5运输机发动机的任务。通用电气公司拿到用于超声速工作和大外涵发动机的资金。他们可以控制未来若干年的商用航空。可怜的普惠!而结果是,SST从未问世,C-5也没有如预期投产。像用于 “银河”运输机的通用电气发动机一样,波音747飞机和配套的JT9D发动机要面世了。
在美丽的康涅狄格河畔
今天,在美国制造的所有普惠发动机都在普惠公司的康涅狄格州米德尔顿工厂组装和测试,厂址占地1000acre,位于康涅狄格河畔。但是,在20世纪50年代,工厂建在普惠历史上最独特项目的所在地,该项目称作康涅狄格自动化核子发动机实验室(CANEL)。
该实验室的由来可以追溯到1948年,当时国会航空政策委员会说“核能发动机飞机(NEPA)应该放在核能研究的最优先地位”。这正是核能被看作未来潮流的时代。艾森豪威尔总统启动了“和平原子能”计划。核能发电将会很廉价,甚至你用电都不必计表。
核能发动机飞机概念背后的含义在冷战时期显得更加邪恶。轰炸机可以在航站几天都不用加油,能够瞬时进行反击。到1951年为止,一个普惠工程师小组一直在一家之前的百货商店的郊区分店进行这一概念方面的工作。1955年,在空军和原子能委员会的支持下,康涅狄格自动化核子发动机实验室开工建设。这是政府的设施,由普惠公司承包运营。最终约有2500名普惠人员在那里工作。
通用电气公司负责研制直接循环发动机,即来自压气机的空气直接流过反应堆,加热后,流入涡轮。实际上,反应堆成为发动机的燃烧室。
普惠公司所开展的研究概念上称为间接循环。在间接循环中,空气从来不直接与反应堆接触。反应堆加热液态金属,液态金属流过一种散热器,把热量传给空气。
普惠公司这个项目中的发动机命名为J91。制造了实体模型硬部件,用各种材料进行了很多试验,但是没有制造完整的发动机/反应堆,也没有制造出一架飞机。关于材料,有很多问题,当然,核安全也是一个担心。但核能飞机计划1961年被取消的真正原因可能是洲际弹道导弹、潜射导弹和B-52轰炸机三位一体核威慑力量的问世,它的出现确定了核能战略政策,直到冷战结束。
普惠公司最终买下康涅狄格自动化核子发动机实验室,在以后的时间里,所有原建筑都被拆除,建造了新的制造、组装、测试以及办公室等设施。
地面发动机以及炼金术
20世纪50年代末和60年代初这段时间,各种情况将普惠公司带入全新的业务领域:发电。首先,公司试图调整其技术,减轻对军事和以周期性著称的航空公司的依赖。如前所述,普惠公司想大力进入航天领域,以及涡轮动力与舰船和燃料电池领域。
你可能会发现燃料电池是离普惠传统发动机业务最远的产品。燃料电池是机电设备,通过催化剂使氢气和氧气结合来发电,生成热和水。没有燃烧,没有污染,效率极高。美国国家航空航天局曾为“阿波罗”登月运载器寻找电源。因为“水星”和“双子座”宇宙飞船使用的电池, 无法在复杂的运载器上把人类送上月球并带回地球。
自从莱特·帕金斯意识到科学家和工程师都关系到公司的未来,普惠公司就一直在寻找各种新技术使公司经营多元化。燃料电池的出现就是出于这种考虑。燃料电池非常适合长时间航天飞行,清洁、噪声小、高效,甚至可以生产纯净饮用水。
燃料电池运营部门赢得了为“阿波罗”提供燃料电池的合同,紧接着又赢得了航天飞机轨道器的合同。燃料电池运营部是普惠公司独立的业务单位,后来甚至由汉密尔顿标准公司的航天部管理。美国国家航空航天局是个大客户,但是燃料电池部的研究人员不断试验,想要把燃料电池的优势从太空转换到地球。在传奇式人物比尔·波多尔尼的领导下,他们不断地得到研究款项和小合同来研发产品。但是,技术方面需要长时间才能赶上。制造燃料电池非常昂贵,而且不稳定。换句话说,制造燃料电池并不需要火箭科学家运行燃料电池,但他们能给予帮助。
20世纪90年代末,全球变暖带来的挑战和电力需求的不断增加,为技术注入了新的生命。联合技术公司把燃料电池作为联合技术动力这个全新子公司的基石。该公司为建筑群和运输业研制固定式燃料电池电站,当然还有航天和军事应用。联合技术动力公司还与几家汽车制造商合作为轿车改装燃料电池。在一些示范项目上,全球几百辆公交车使用燃料电池运行。另一个概念计划是使用燃料电池为军用和商用飞机供电。
不上天的发动机
一个与普惠公司核心业务更加密切相关的业务于20世纪50年代末和20世纪60年代初开始发展,就是工业燃气轮机。随着电力需求日益增加,燃气轮机为解决公用电力市场冬夏用电高峰的需要提供了一个完美的解决方案。航改燃气轮机与大型中心电站相比,价格相对低廉,易于安装。其对公用系统不断变化的需求反应非常快,为传统电厂供货的前置时间很短。普惠JT3/JT4系列发动机的大小正好符合日益增长的公用供电需求。此外,作为用于公用事业的理想产品,航改燃气轮机可以改作船用以及石油天然气管道的泵站使用。
这样,就诞生了普惠工业燃气轮机业务以及涡轮动力与舰船(TP&M)部门,并且FT3和FT4系列从JT3和JT4航空发动机的航改燃气轮机诞生。到20世纪70年代中期,共销售了约1100台,主要用于发电。燃气轮机机组还用于货船、美国海岸警卫队的快艇以及加拿大皇家海军的一些船只。这些发动机还为石油和天然气管道泵站提供动力。20世纪70年代最大的项目之一是FT4被沙特阿拉伯选中,为阿拉伯美国联合石油公司(ARAMCO)输油管道泵站提供动力。FT4是最成功的工业燃气轮机之一,使TP&M居于市场领先地位。但是到20世纪70年代中期公用事业增长放缓,普惠资源用于满足新航空发动机项目的需求。由于TP&M没有新产品延续FT3和FT4系列燃气轮机,其地位开始下滑。到1981年,TP&M基本上淡出工业燃气轮机原始设备制造(OEM)业务。然而通用电气公司和罗·罗公司雄心勃勃地推进该项业务,部分原因是普惠占领了商用发动机的主导地位。两家竞争公司需要发现其工业燃气轮机的更多应用,而且工业燃气轮机发展势头良好。
自20世纪70年代末,通用电气公司占据工业燃气轮机行业的霸主地位,提供航改燃气轮机和重型燃气轮机,用于动力、舰船和运输市场。
虽不像凤凰般浴火重生,但是涡轮动力与舰船部门,也就是现在的普惠动力系统,通过大量艰苦工作,在20世纪90年代重整旗鼓,将普惠公司最成功的JT8D航空发动机,改装成工业燃气轮机,称作FT8。研制过程痛苦而艰难,需要时间奋起直追。那时,航改燃气轮机的需求似乎正在消退,普惠公司仓库中仍有未销售出的发动机。但是21世纪初,FT8系列燃气轮机开始赢得客户。与早期一样,部分原因是为满足用电高峰和用电量的日益增长。FT8为模块化设计,便于安装,省时省力,节约成本。普惠动力系统还研制了车载FT8机组,可以在道路上运输,到达现场后8h内就能安装完毕开始运转发电。除了传统的原始设备制造业务,普惠动力系统开始为通用电气公司重型工业燃气轮机制造替代部件。为非普惠燃气轮机提供原始设备制造的解决方案以及售后服务,使普惠动力系统成为普惠各种业务组合中增长最快的业务之一。
普惠加拿大公司从来没有完全离开工业燃气轮机市场,普惠动力系统的ST6、ST18和ST40发动机都基于普惠加拿大的航空发动机,受到市场欢迎,用于电力低于60MW的地方,而高于60MW则由最大的FT8机组提供。一些铁路公司对ST40 进行了试验,用作机车动力,燃气轮机在较小船只上的应用也在增长。
曾经一度淡出普惠业务的燃料电池和工业燃气轮机再次成为普惠和联合技术公司未来的关键项目。 对于这些成功,耐心的确非常重要,当然还需要运气和努力。
注 释
[1].USBI为公司开拓新的业务领域,生产联合技术公司“自由”号(UTC Freedom)和联合技术公司“解放”号(UTC Liberty)固体火箭回收船。由于联合技术公司董事长哈利·格雷的照片经常出现在公司介绍材料的舰船图片上,所以这些固体火箭回收船常在公司内被称为“哈利·格雷海军”。
[2].氢气来自空气产品公司在现场的工厂,公众称之为“肥料厂”。老前辈们回忆这一做法效果不错,直到第一辆涂有氢气(HYDROGEN)字样的罐车到来将其代替。
[3].这是总统口误所叫的名字。该飞机本应叫RS-71,但是当林登·约翰逊在记者会上披露该机的存在时称之为SR-71。但是没有人出来纠正,因此后来就称其为SR-71。
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