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美国F22战斗机,F35战斗机,F15战斗机和C17运输机的发动机剖面图

 漫步之心情 2018-01-03

美国F22战斗机,F35战斗机,F15战斗机和C17运输机的发动机剖面图

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C-17安装四具普惠(Pratt & Whitney)的PW2 C-17上的PW2040发动机040涡轮风扇发动机,美军编号F117-PW-100。此型发动机的前身是PW2037,由普惠公司于1979年12月开始研发,推力为17,418千克,1983年12月通过联邦航空管理局(FAA)的认证,1984年12月开始装于波音757上使用。1988年普惠公司完成推力提升,将推力增加到18,915千克,并赋予新的型号PW2040。1988年12月获得军方认证安装在C-17上,当时此型发动机已累积了数百万飞行小时的使用经验,可靠且耐用。发动机以悬吊式挂架(cantilevered pylon)挂于机翼的前下方,每具挂架由数件铸铝螺桩结构与机翼相搭接,使外挂载和机翼间有连续的负载路径(loadpath)。

C-17运输机发动机具有反向推力装置(thrust 反向推力装置rev外型ser),发动机外型外型为滑套后缩(slides backward)双罩式,二罩间有一开口,当启动反向推力时,发动机排气经由此开口被导向前上方45度,因此不会吹起地面的砂石与尘土。另外在发动机运转时,不会影响卸货或是一些地面工作。反向推力装置也让C-17具备一项新的地面操作功能,可以在27.4米宽的跑道上进行180度的回转,也能在2.25g的情况下,于倾斜度2%的斜坡上后退。反向推力装置在飞机静止时也可以启动,不会有发动机过热的问题。

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F100发动机是世界上最早投入使用的推重比达8一级军用发动机。在发动机参数选择中注重提高发动机性能,采用“两高一低”策略,即增压比高、涡轮前温度高和涵道比低。在材料上采用了高强度重量比、耐高温的合金。F100也是首次使用单元体结构的战斗机发动机,它由5个单元体组成,各单元体都可更换。

F100-PW-100发动机在使用中出现了许多可靠性、耐久性和维修性方面的问题,曾一度使美国前线战斗机处于停飞的危险中。为此,普?惠公司投入大量改进改型资金,采取一系列措施,发展出了F100-PW-220发动机,基本解决了F100-PW-100存在的问题,可靠性、耐久性和维修性得到很大改善。在与通用电气公司F110发动机争夺装备F-15和F-16的“战斗机发动机大战”中,开始时处于不利地位,经改进后这两种发动机各有千秋。为与通用电气公司性能改进型F110-GE-129竞争,普?惠公司也在F100-PW-220的基础上研制了性能改进型F100-PW-229。

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F119-PW-100发动机是普惠公司为20世纪90年代美国先进战术战斗机F-22研制的小涵道比双转子加力式涡扇发动机。为满足第四代战斗机实现超声速巡航、隐身、远程作战和短距起落等能力的要求,F119发动机采用了风扇/压气机/涡轮三维计算流体力学等设计技术,风扇宽弦无凸肩叶片,压气机宽弦高负荷转子叶片,风扇/压气机弓形静子叶片,涡轮高负荷转子叶片、整体叶盘结构转子和浮动壁燃烧室等先进结构、高强度阻燃钛合金,压气机静子、加力燃烧室和喷管,和单晶材料等新颖的材料,使得F119发动机达到了很高的性能。F119发动机在性能方面具有高推重比、小涵道比、高涡轮进口温度和高节流比等特点,是第四代战斗机发动机的典型代表,也是当今世界最先进的航空发动机之一。

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F135发动机是基于F-22的F119发动机的核心机和主要结构研制的。F135发动机加力推力超过18吨,推重比超过10。其中,用于F-35B的型号不但使用了R79发动机,F135的直径和空气流量都比F-22“猛禽”战斗机使用的F119发动机大。F135和F119都是轴流式发动机,也就是说气流沿直线穿过发动机核心,两种双转子发动机的压缩机系统大体相同,

由于单发的F-35需要F135产生高达43000磅(19504千克/191.27kN)的“湿”推力,而F119的全加力推力是35000磅(15876千克/155.7kN)。所以F135需要比F119更大的气流流量,为此加大了进气口直径(1168毫米)和风扇直径(1270毫米),发动机总体直径也更大了(1295毫米)。

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与F119相同,F135也采用三级风扇(在军用涡扇发动机上,风扇是指整个低压压缩机组件)。每级风扇都包括一个单片式整体叶片转子(IBR,或简称为“叶盘”,由实心钛合金盘体和钛叶片焊接而成)。第一级叶盘的中空叶片通过线性摩擦焊工艺焊接在盘提上,然后再加工成规定直径。第二级叶盘采用实心叶片,使用相同技术焊接而成。线性摩擦焊是利用两个工件以一定的频率和振幅往复运动而产生的热量进行焊接的方法,接合面受热熔化后在压力下使工件结为整体。

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经过加速的气流在第三级风扇后被一分为二,57%进入风扇涵道成为旁通气流,剩余43%进入核心继续压缩,与燃油混合,燃烧成炽热燃气,再进入涡轮级,从而产生最大28000磅(12700千克/124.55kN)的干推力

F135有一个六级高压压气机(HPC)单元,每级同样都采用了整体叶盘。前几级叶盘采用钛合金制造,由于气流经过每一级的压缩后都会变得更热,所以后面一级或多级叶盘改用镍基合金制造,以承受更高的温度。F-35做常规飞行时,被高压压缩机压缩进入燃烧室的气流压力是刚进入风扇时的28倍,在F-35B悬停飞行时,这个比值上升到了29倍。

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F135的单环形燃烧室具有可拆卸衬垫和一组燃油喷嘴,全部容纳在一个扩散机匣内。F135的燃烧室和F119十分相似,不过经过改进能承受更高温度,以适应F-35的高推力要求。总体而言,这两种发动机的核心机,也就是高压压气机 燃烧室 高压涡轮的尺寸基本相同,F135的最大干推力大于F119,所以运行温度也必然更高。

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F119和F135都采用了单级高压涡轮(HPT),不过F135的低压涡轮(LPT)是两级,而不是F119的一级。之所以这么改动,原因在于F-35B短距起飞垂直降落型。

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F-35B发动机低压涡轮所在的低压转子不仅被用于驱动风扇级,也被用于驱动一根传动轴,这样才能使座舱之后发动机之前的罗尔斯?罗伊斯升力风扇产生垂直升力。这个升力风扇是罗尔斯?罗伊斯升力系统的三大组件之一,正式这套升力系统使F-35B具有了悬停能力。

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F-35A的是F135-PW-100,F-35C是F135-PW-400,F-35B是F135-PW-600。其中,F135-PW-600被设计来满足F-35B严苛的短距起飞垂直降落要求,所以需要一级额外的低压涡轮来驱动传动轴,于是为了保持通用性,F135-PW-100/-400保留这个第二级低压涡轮。,第二级低压涡轮也给F-35A/C带来了一些好处,这级涡轮提供了大量额外的推力余量,能应对F-35的潜在重量增长。由于F135-PW-100/-400无需为短距起飞垂直降落任务作出牺牲,所以可维护性也得到改善。

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