美空军b-52h轰炸机商用发动机替换项目（cerp），是项目规划成本超出采办分类i类项目门槛（总金额4.8亿美元以上）的重大国防采办项目，于2018年9月20日被确定为中层采办项目。美空军计划通过更换发动机使b-52h延长服役到2050年，成为第一款在美空军中充当主力100年的“百年飞机”。利用中层采办，美空军在“百年挑战”中把cerp的时间从计划表中删除了39个月，计划于2025年生产。2019年6月20日，美空军战斗机和轰炸机的项目执行官称，b-52h已有望升级为b-52j。
一、商用发动机替换项目背景
1962年8月，最后一架b-52h在堪萨斯州的威奇托工厂生产完毕。之后这个从1952年开始制造，共量产了8个型号744架b-52的生产线正式关闭。b-52h共生产了103架，从1961年4月开始交付，目前还保有76架，隶属于美空军全球打击司令部（afgsc）。
2019年5月7日，一架b-52h从美空军巴克斯代尔基地起飞（美空军图片）
尽管年事已高，b-52h拥有很高的可执行任务率，可携带多种类型的武器，并且对于一般的防空体系具有很强的突破能力。它是美国唯一能发射核弹道导弹的轰炸机，并且将作为远程防区外（lrso）导弹的初始发射平台。早在1982年，波音和罗罗就联合提出了b-52的发动机更新方案，但当时的主流观点是将b-52最多使用到2010年就逐步淘汰，代之以b-1和b-2。随着“冷战”结束，国际形势发生了变化，b-2被削减了采购量，现有的b-52不得不延长使用。据《轰炸机航向》报告，尽管b-1和b-2分别比b-52h至少年轻22和30年，但将因一系列原因早于b-52退役。原因一是b-52近年的可执行任务率达到60%，远高于b-1的40%和b-2的35%。二是当前b-52每飞行小时花费约7万美元，仅b-2费用的一半，更换发动机后这个数值还会更低。三是b-52有着更好的“骨架”，因为它大部分服役时间在地面警戒准备核作战，还剩余了数千小时的机身寿命。
b-52h采用了普惠公司的tf33-p-3涡扇发动机，最大推力17100磅（76千牛）。最近十年，tf33的大修成本涨了三倍，而且备件越来越少，美空军估算，这款发动机的零部件最多能供应到2030年；而波音公司称，过去几十年已对b-52h的结构、航电、雷达、通信和数据链进行了多轮升级，可确保服役到2040年。如果更新了发动机，b-52h可服役到2050年。
2018年1月，空军维修人员在美空军巴克斯代尔基地检查b-52发动机（美空军图片）
因此，美空军计划给b-52h装备更容易维修、更高效的新发动机。新发动机比tf-33更可靠，平均大修时间间隔大约在30000小时，大于b-52h在剩余服役周期内的计划飞行小时数，因而很可能在整个寿命周期内无需大修。美空军的目标是提升25%～30%的燃料效率，增加40%的航程。预计新发动机在服役期内，可为美空军节省100亿美元。美空军还希望新发动机更清洁，排放更少的温室气体。
三家公司提供了四款发动机准备竞标：通用电气的tf34和“护照”（passport），普惠的pw815和罗罗的br725。tf34就是a-10“疣猪”使用的发动机，民用版本是cf34系列，应用机型包括庞巴迪“挑战者”系列、庞巴迪crj系列、原巴航工业公司（安博威）“e喷气”系列和中国商飞的arj21。“护照”则是庞巴迪超远程公务机“全球”7500上使用的发动机，在燃油经济性方面略有优势。罗罗的br725，目前用于“湾流”g650公务机。普惠加拿大公司的pw815，用于“湾流”g600。
二、利用中层采办的项目实施情况
1. 项目总体思路
按照2016财年国防授权法的要求，中层采办要建立“基于优点”的流程，其中快速部署还要用“尽可能少的开发需求”生产新系统或升级现有系统。空军的《把快速原型纳入采办的7个步骤》备忘录要求，“不论是否交付更快、性能更好，都要复用其他系统来设计你的新系统”，并且每次开发只能改动一个重大的不确定性因素，若需要改动两个以上的不确定性因素来提升系统性能，那么就要“停止”！因为大量复用了成熟产品和技术，因而中层采办能快速形成作战能力。
美空军不研制新的发动机，而是从现有的商用发动机中选择最合适的一种进行改型，就是对现有技术和产品的最大化复用。
美空军曾考虑像商用飞机的典型做法一样，使用4台罗罗的rb211或普惠的pw2000更换现有的8台发动机，优点是4台发动机的推力比原有8台都大，而且更省油，后勤保养也更便利。但工程挑战使其不可行，包括对机翼和控制界面的潜在干扰，地面许可事宜，偏航效应，需要补充大量飞行试验和武器分离评价，大规模更换座舱和油门，以及重新设计方向舵等。美空军最终放弃了承包商提出的用4台新的大功率发动机替换原有的8台发动机的方案，仍按原结构使用8台新发动机。这规避了8改4带来的尺寸、重量、气动外形等重要变化，可利用现有的机身结构，技术风险最低，且大大节省了重新设计机翼结构引起的时间和资金浪费。这就是根据空军指导备忘录，把发动机本身和发动机结构布局2个不确定的因素削减为1个。
b-52h发动机更换的主要特征及好处（中国航空工业发展中心蔡天恒制图）
2. 项目进展与计划表
2018年10月，美空军放弃了升级现有的普惠tf-33发动机的原计划，尽管这比购买新发动机更便宜，但无法支撑b-52h服役90年以上的需求。美空军要求在2019年年中提出方案，2022年开始为首批b-52配备新的发动机并测试，从2026至2034财年替换所有76架b-52h的共计608台发动机，加上备用数量总计需要670台左右。空军在2018和2019财年已索要7000万美元进行风险降低和规划工作，并正在申请1.75亿美元用于2020财年工作。发动机替换计划通过5年未来国防项目获得拨款13亿美元，但整体成本尚未公布，2017年3月的初始评估成本是70亿美元。
空军将快速原型工作划分为三个阶段，一是虚拟动力吊舱原型（vppp），它基于工程建模和其他分析，用虚拟数字代表cerp动力吊舱的物理特征；二是虚拟系统原型（vsp），它基于数学和物理建模、仿真和其他分析，用虚拟数字代表cerp改型的物理和功能特征；三是物理系统原型（psp），它是安装了cerp改型发动机的b-52h。空军计划按此阶段向作战人员交付增长的作战能力，见下表：
cerp项目的阶段性交付物
阶段
快速虚拟原型（快速原型螺旋1）
快速物理原型（快速原型螺旋2）
部署
交付物
虚拟动力吊舱原型和虚拟系统原型
物理系统原型
生产装备了改型发动机的b-52
演示方法
综合试验-1（建模与仿真）
综合试验-4（初始飞行试验，包括作战评估）
综合试验-5（性能飞行试验）和初始作战试验与评价演示
剩余作战能力
-开始训练计划
-维修程序计划
-推广后勤复合模型
-持续保障工程
-可复用的mbse
空军全球打击司令部（afgsc）可执行部分任务（部分任务能力）
afgsc可执行所有任务（完全任务能力）
美空军整体的项目阶段划分为3个大阶段，5个子阶段，见下图：
cerp项目的整体阶段划分与各阶段任务（中国航空工业发展中心蔡天恒制图）
与之对应的试验策略阶段划分见下图：
cerp项目的试验策略阶段划分与各阶段任务（中国航空工业发展中心蔡天恒制图）
下图比较了传统的mdap和利用中层采办的快速原型途径的进度区别，可以看出，利用中层采办可以规避里程碑决策点a之前的2366件必然发生的事，节省了9个月；原型研制节省了24个月；试验节省了6个月。这就是空军采办报告中把cerp的时间从计划表中删除了39个月的来源，此项削减使2028财年4季度的里程碑决策点c，提前到了2025财年3季度的硬件购买决策。
cerp通过传统的mdap和快速原型途径的进度比较（中国航空工业发展中心蔡天恒制图）
3. 美国国会众议院的疑虑与美空军回应
众议院对空军利用中层采办实施b-52的换发计划持狐疑态度，坚持要求空军先敲定合同细节，再进行拨款。众议院版本的2020财年国防政策法案限制了对该项目的所有拨款，除非空军向委员会提交能力开发文件和已签署的试验与评价管理计划。众议院武装部队委员会担心，通过中层采办，该项目不受相关法律和机制的监督，因而空军不会尽力履行它们的职责，导致潜在的费用增加和进度延误。委员会要求空军有非常明确的需求，“不要在投入了大笔资金后发现，没有一种商用发动机能够使用，因为它们不是为核轰炸机设计的”。
美空军采办执行官威尔·罗珀回应称，利用中层采办可以比传统的重大国防采办项目（mdap）途径早一年半签署合同，且空军仅仅是提前开始了工作，因为他们甚至会更严格地执行了所有传统途径所必须的文档和条例工作，国会误解了这一途径。“当我有一条路径，也就是中层采办，可以让我比传统路径早一年半开始着手采办新发动机时，我不能对战士们说我必须走慢一点，因为其他人觉得传统路径是最好的路径。我可以走的更快，严格而自律。”
对b-52换发项目，空军利用这一年半开展发动机和吊舱集成的数字工程，因此让3家竞标公司承担同一合同，它们正在共同进行源选择过程，将于2019年10月把各自的虚拟原型交付给空军。因此空军甚至可以在合同签订之前就获得可帮助理解集成工作难点的交付成果。利用这一年半，空军还能从虚拟原型研制阶段进入物理原型研制阶段。空军将选择一家供应商，令其把虚拟原型实体化，然后空军再授予合同，进入项目的集成和生产阶段。利用这一年半，空军可以在工程与制造开发（emd）阶段投入更多的时间，采取更严格的标准并更快的减少风险。
三、启示建议
1.美空军不惜代价全力推动快速采办常态化
cerp不仅是为了延长b-52的服役年限。美空军把该计划视为一个探索性项目，囊括了多种临时授权的试验性的采办方式，试图构建一条常规的快速采办途径。根据美国会809小组的采办改革报告，中层采办是“新的试验性的重大采办工具”，且中层采办目前只有临时授权和粗略的指导备忘录，其有效性尚未得到验证。b-52h是美军现有的三位一体的核威慑的空基核体系中唯一能够发射核导弹（b-2a目前没有可用的核导弹，但能投放核航弹）的载机，并且将装备新型lrso导弹。在新型穿透式和隐形轰炸机b-21服役之前，b-52h都将是美空基核威慑体系的关键一环，若项目延期或失败可能导致美军核威慑体系瓦解。但美空军仍顶住国会压力，采用中层采办执行总金额超过4.8亿美元、本应划分为mdap的采办分类i类项目的cerp，并极可能在合同签订过程中使用另一试验性的重大采办工具其他交易授权（ota）。这证明美空军决心扭转风险厌恶型的采办文化，不惜代价全力推动快速采办常态化。
2.中层采办需应用先进的技术工具
中层采办试图在保持原有的采办质量的前提下加速流程，这必须依赖新的技术工具，如新兴的数字工程。美空军计划采用计算机模拟实施“数字化飞行”，代替传统的纸面数据推演，在广泛的多种条件下比较各候选发动机的燃料效率、维修需求和性能。2018年9月，空军采办副部长罗珀称，相比于一群政府专家在纸面上填空，数字化工程是评估选项的好得多的方式。简化合同签订和数字化飞行将从设定需求到开始生产的原有10年时间中削减3.5年。
3.中层采办应注重装备的使用与保障
负责采办与保障的美国防部副部长艾伦·罗德，在2019年3月20日发布的《中层采办（快速原型/快速部署）临时管理2》备忘录中强调，计划用于快速部署的系统必须制定一个经济可承受的保障战略，首先将维修性和可靠性等持续保障属性设计到系统规范和要求中。b-1和b-2尽管至少年轻22和30年，但美空军仍选择b-52h进行延寿，就是因其可执行任务率高，经济可承受性强，对其进行发动机更换的原因也是发动机大修成本上涨，且供应链濒临断裂，导致使用与保障困难。因此，中层采办必须关注装备的使用与保障阶段，否则可能在服役后导致更严重的成本超支与进度延误。
蔡天恒先生已为《空天防务观察》提供9篇专栏文章，如下表：
序号
篇名
发表日期
1
蔡天恒 ¦ 美国防部对《国防采办系统的运行》文件作出新的修订
2018年8月3日
2
敏捷、共享、低成本——美国唯一国防部级别的军民两用维修计划创立二十周年
2019年1月29日
3
非开发类采办项目典型案例：美陆军uh-72a轻型通用直升机采办过程及优势
3月11日
4
非开发类采办项目典型案例：美陆军uh-72a轻型通用直升机采办阶段管理与成功要点总结
3月14日
5
美空军“远程防区外”核空射巡航导弹的需求和效用
4月8日
6
他山之石：美非开发类装备采办的五大误区及其对t-x高教机项目的影响
4月18日
7
美国国防采办的革命性变化——全面解读809小组关于精简和编纂采办条例的报告
5月30日
8
美军正使用中层采办以极其激进的方式加速形成装备作战能力
7月16日
9
美空军利用中层采办实施b-52h轰炸机商用发动机替换项目分析（即本篇）
8月26日
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（中国航空工业发展研究中心蔡天恒）
本篇供稿：系统工程研究所
运 营：李沅栩

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