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F100大战F110,普惠与GE的世纪之战

 q1338 2017-12-18


  解决方案

  尽管USAF与PW之间的关系相当紧张,军方还是继续提供经费让PW进行修改。

  最初设计F100发动机控制系统时,PW工程师意识到发动机吸入导弹燃气后可能会导致失速。于是在控制系统里增加了一个“火箭点火”功能来预防失速的发生。发射导弹时,向发动机核心和加力燃烧室供油的统一燃料控制系统就收到一个电子信号,同时发动机的可变定子叶片也改变角度以预防失速的发生,燃料控制系统暂时减少发动机的供油流量,尾喷口张大以减小加力燃烧室内的压力脉冲幅度。试飞表明“火箭点火”功能在发射导弹时并不需要,反而可以有效防止停滞性失速。

  PW提出使用数字式电子发动机控制系统取代原先的设计,不断监测发动机轴转速、涡轮温度、压气机定子叶片的角度,并对发动机进行微调以确保处于最佳性能。通过监测和比较转子转速和风扇排气温度,该单元能够感知到即将发生的停滞失速,并向燃油控制系统发送一个假“火箭点火”信号来启动上述的抗失速措施。

  而“硬”加力引起的停滞性失速则使用不同方法来解决,为了防止压力脉冲波向前传导至风扇涵道,PW研制了一个安装在内涵机匣前段的“近端分离器”。F100发动机风扇的进气一部分通过内涵机匣进入核心机,其余的通过风扇涵道进入加力燃烧室。近端分离器可关闭风扇后面的外涵道入口,使加力燃烧室压力脉冲波无法通过外涵道抵达风扇。安装了近端分离器的发动机在F-15上进行了试飞,但最后F-15的发动机没有采用这个设计,因为双发机在一台发动机失去推力时仍能保持飞行。单发的F-16都安装了近端分离器了。

  USAF同时也修改零件采购的方式和维修的细则,在两方配合之下,F100逐渐成熟稳定,成为相当出色的发动机。F-16机队每1000小时飞行遭遇0.15次停滞失速,大大优于F-15机队。

  为了解决发动机的可靠性问题,PW研制了F100-PW-220改进型,推力与-200一致,可靠性大为改善,从根本上解决了发动机失速问题。许多老式的-200发动机经过再制造成为-220E,可与新制造的-220直接互换使用。

  为了与GE F110竞争,普惠在90年代初研制了推力更大的F100-PW-229,最大加力推力13200千克。该发动机具有更高的风扇气流流量和压力,推力比早期的F100高了22%。1992年交付的F-16开始换装-229发动机,但是由于-229的改动较大,-200和-220E发动机无法通过再制造升级成-229。

  从80年代中期开始,由于GE F110的大推力,在F-16的出口市场占据了主要份额。F100-PW-229问世后,普惠得以重返出口市场。1991年韩国选择F100-PW-229来装备其按许可证生产的F-16,以保持与早些时候从美国进口的F-16C/D的共通性。

  普惠还提出了面向出口的F100-PW-200+发动机,潜在客户是那些装备-200和-220E发动机F-16,但被限制购买-229的外国空军。-200+结合了-220的风扇、喷管和-229的数字式发动机控制系统,最大加力推力12247千克。

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  GE F110

  历史

  吃过F100的苦头之后,USAF深感为F-16寻求备选发动机的必要性。一方面是为PW树立一个竞争对手来降低成本,另一方面是在PW发动机出状况时,也有第二种选择。为寻求F-16和海军F-14“雄猫”的备选发动机,1984年国防部授予GE一份价值8000万美元合同,制造一3台用于试飞的F101衍生型战斗机发动机(DFE)。F101 DFE的设计基于B-1轰炸机使用的F101,但融合了F/A-18使用的F404发动机的一些特性。

  该项目的目的是:

  ·鉴定F101 DFE与F-16和F-14飞机/发动机在实际飞行中的匹配能力、性能和作战适用性。

  ·通过加速任务试验确定发动机的耐久性。

  ·根据验证的能力,提出生产型发动机的型号规范。

  如果计划成功,那么将提供足够的数据,以使进入全面工程研制阶段的风险减到最小。

  经过1980年和1981年两年的广泛试验,达到或部分超过了预期的目标。在F-16飞机上的试飞结果证明,F101 DFE无需作重大改进就可以装在这种飞机上使用。在F-14飞机上的试飞结果表明,飞机的留空时间和作战半径都比装原来TF30发动机的增加25%。在试飞中,发动机无需调整,并且油门杆的使用不受限制。在1982年12月的一次试验中,完成了5004个总累积循环(TAC),其热端部件寿命为当时新采购的F100发动机的三倍。

  基于上述结果,GE又得到了一项USAF战斗机备选发动机(AFE)的全面研制合同,价值9300万美元,为期两年。发动机正式编号为F110,与PW F100发动机的改进型竞争用于新生产的F-15和F-16战斗机。这项全面研制计划的重点是实现系统最佳化,确定供F-15、F-16和F-14用的F110发动机的最终构型,并继续进行高空模拟试验、加速任务试验和各种环境试验。

  美国海军决定采用DFE来取代“雄猫”的TF30涡扇发动机,但是USAF更进一步,于1984年2月按照双承包商采购策略,决定对F-15和F-16战斗机发动机的采购在F100和F110之间按一定比例分配。在1985年采购的160台中,75%为F110,25%为F100。从此,开始了一场发动机大战。

  与F101-GE-100发动机相比,F110有以下几方面的改变:风扇由2级改为3级,压比提高到3.2,直径减小到970mm,涵道比由2.01减到0.87;为适应低压转子转速提高,重新设计了低压涡轮;为满足战斗机机动飞行要求,设计过载提高到10;对控制系统作了改进,增加了备份装置;为适应F-14、F-16和特别是F-15飞机的机体,对外部尺寸、管线和防冰系统作了必要的修改;最后,也是很容易被忽略的一点,就是为了减轻重量而不牺牲耐久性,对核心机以外的几乎所有部件和系统都采取了减重措施。

  F110都使用在F-16机队上,F-15只安装F100。1985财年Block 30 F-16C/D开始安装F110发动机,从此之后USAF购买的F-16中有75%安装GE发动机,剩余的安装PW发动机。但是同个联队并不会装备安装有不同发动机的F-16,因为会增加备件和物流的成本。

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