大概是普惠历史上最成功的发动机,并且是整个航空业生产最多的两种商用喷气发动机当中的一种,却在开始时被当作“丢弃物”,这是否颇具讽刺意味。
用于波音727、波音737、DC-9和MD-80以及一些法国“快帆”和“水星”等型号飞机的JT8D基于J52涡轮喷气发动机。这款发动机原来的设计是一次性使用发动机,用于“猎犬”——一种早期的巡航导弹。因为结构简单,坚固耐用,发现用于A-4“空鹰”和 A-6“入侵者”海军攻击机效果也很好。J52生产从20世纪50年代初一直持续到1986年。
那么,“丢弃物”是如何成为获得巨大成功的JT8D的呢?故事还得从一个电话说起。那是1960年初,东方航空公司的查尔斯·弗罗施给他在普惠公司的朋友弗兰克·杜林打电话。东方航空公司是老客户之一,要购买新的波音727喷气机。这种飞机是中短程喷气机的首款飞机,将替代康威尔440、马丁2-0-2和大量仍在飞行的DC-3。这种飞机的独特之处在于所用的3台发动机全部装在尾部。1959年,波音公司开始研制波音727时,罗·罗公司的斯贝发动机也在被选之列。情况很快明朗,波音727与类似的新飞机一样越来越重。人们怀疑斯贝发动机是否能增加推力。弗罗施打电话给杜林,询问普惠公司是否有适合用于波音727的发动机。
当时,普惠公司正在研制非常先进的发动机,公司内部称JTF10A。这种发动机基于TF30战斗机发动机的核心机,但是飞机公司和航空公司对其先进技术的商业应用持谨慎态度。波音对正在研制的这种发动机前景并不热情。如果普惠的发动机要装配波音727,那么普惠公司就应该拿出比斯贝发动机更有明显优势的发动机。这种发动机需要足够坚固,适用于短程商业运营,并且能够很快研制出来。J52的推力是11200lbf,其大小正合适。但它是军用涡喷发动机,完全不适合商业运营。普惠人又一次开始了每周7天每天24h的冲刺,最后拿出了JT8D。1960年3月,仅用一周的时间就完成了书面概念设计。新设计使用J52核心机,加上新的低压段和两级风扇。为了使中央发动机适合在尾部安装,将增加一个全尺寸外涵进气管道。传统的布局是让外涵空气从短舱前很远的地方流出发动机,中央发动机位于机身后段尾部之内。而这种布局无法适用于波音727机型。
有了这一设计概念,普惠公司决定向前推进研制。研发经费达7500万美元,这在1960年可不是小数目。几年后,“杰克”·霍纳说:“这是比尔和我做出的最佳决定。”1961年4月7日,发动机首次开车运转。1963年投入使用。在1996年批量生产停止前,普惠公司共制造了15000台JT8D。
波音727取得巨大成功。而道格拉斯公司看到另一个机会,市场需要比较小一点的飞机。于是诞生了DC-9,同样也使用JT8D来提供动力。波音则以原来的波音737应对DC-9,同样JT8D 又一次中选。这样,3种飞机和JT8D轻而易举地战胜“三叉戟”、BAC-111以及“快帆”等飞机。航空公司喜欢JT80发动机。该发动机简单、极其可靠、易于使用,而且维护和运营成本较低。
JT8D甚至还有一个军用衍生产品,叫沃尔沃RM8,用于瑞典“雷”式战斗机。
到20世纪70年代,道格拉斯公司寻找延长DC-9产品线寿命的方法。该公司的确需要较大的、更节省燃料的飞机。于是,普惠公司将原来的JT8D重新设计为JT8D-200系列,通过采用新的风扇和其他改装把推力从14000~17000lbf提高到20000~21700lbf。为新的麦道MD-80制造了2000多台JT8D-200发动机。
20世纪90年代,严格的新噪声标准看来要宣告JT8D的终结。普惠公司与诺达姆等几家公司合作,解决了这一问题。他们研制了降噪声套件,使波音727、波音737和DC-9符合Ⅲ阶段噪声规定。这样,数千台JT8D可以顺利飞入21世纪。此外,又开发了该发动机的另一个用途。规定要求JT8D-200用于美国空军707联合监视和目标攻击雷达飞机的换发以及现代化计划。
1960年用一周时间重新设计的被“丢弃”的发动机,一路以来,走得不错。
非常巨大的风扇
20世纪60年代初,美国空军正在为空运问题忙得不可开交。C-130 和C-141都是好飞机,但是不能满足空军对容积的要求,空军需要载量非常大、飞行距离远的飞机。例如,C-141,载重量相当大,而容积相对小得多。1964年, 一系列初步研究结果促使波音、洛克希德和道格拉斯几大公司之间对新的超大型运输机的竞争,结果诞生了C-5A。普惠和通用电气公司得到为巨型新运输机研制发动机的合同。
两家公司认识到,满足C-5A要求的唯一出路是大幅扩展整个涡扇。涡扇效率高,能把吸进的大量空气分出一部分,使之流过发动机核心机周围,而不进入核心机,称之为涵道比。简单地说,将大量的外涵空气适当加速,比将流入核心机的少量空气大大加速更能使发动机的效率提高。JT3D和JT8D发动机的涵道比为1.1~1.4比1之间,大部分空气仍流入核心机。要达到C-5所需要的巨大推力,同时把油耗保持在合理的水平,则需要更大的涵道比。流过涵道的空气应是流入核心机的空气的4~5倍。这就意味发动机前面的风扇要吸进其前方的所有空气。
通用电气公司大涵道比概念的工作已经进行了一段时间,并在1965年8月以TF39赢得C-5的竞争。当时发动机界的人们都感受到这一巨大胜利的冲击。TF39后来成为通用电气公司非常成功的CF6系列商用发动机。随后,洛克希德公司赢得C-5机身的竞争。
两家“败方”(指普惠公司和波音公司)并不气馁。也许他们会把各自的设计用于新的商用飞机。洛克希德的飞机是上单翼,不太适合商用,而波音公司的设计要可行得多,普惠JT9D与之相配恰如其分。