1983年9月(yue)(yue)(yue),美(mei)國(guo)空軍(jun)同時(shi)授予普·惠公(gong)司(si)和通(tong)用(yong)電氣(qi)(qi)公(gong)司(si)金額各為(wei)(wei)2億美(mei)元(yuan),為(wei)(wei)期50個月(yue)(yue)(yue)的(de)驗(yan)(yan)(yan)證機合同。普·惠公(gong)司(si)的(de)PW5000是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)強調應用(yong)成熟技術的(de)常(chang)規設(she)計;而(er)通(tong)用(yong)電氣(qi)(qi)公(gong)司(si)的(de)GE37則是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)新穎的(de)變循(xun)環發動機,其涵(han)道比可在(zai)0~0.25之(zhi)間變化。后來,這兩種(zhong)驗(yan)(yan)(yan)證機分(fen)別編號為(wei)(wei)YF119和YF120,并于1986年10月(yue)(yue)(yue)和1987年5月(yue)(yue)(yue)開始地(di)面(mian)(mian)試驗(yan)(yan)(yan)。經過廣泛(fan)的(de)地(di)面(mian)(mian)試驗(yan)(yan)(yan)和安裝在(zai)YF-22和YF-23上的(de)初步飛行(xing)試驗(yan)(yan)(yan)后,1991年4月(yue)(yue)(yue),F-22/F119組(zu)合被選(xuan)(xuan)中(zhong)。據美(mei)軍(jun)方有(you)關人士談到選(xuan)(xuan)擇(ze)F119的(de)原因(yin)時(shi)說(shuo),F120技術復(fu)雜,尚未經實際驗(yan)(yan)(yan)證,因(yin)而(er)研(yan)制風險(xian)較大,而(er)且變循(xun)環設(she)計也增(zeng)加了結構(gou)和控制系統的(de)復(fu)雜性和重量(liang),因(yin)而(er)維修(xiu)比較困難,壽(shou)命期費(fei)(fei)用(yong)較高。在(zai)選(xuan)(xuan)擇(ze)時(shi),風險(xian)和費(fei)(fei)用(yong)是(shi)主(zhu)要(yao)考(kao)慮,技術先(xian)進(jin)性沒(mei)有(you)起(qi)到關鍵作(zuo)用(yong)。在(zai)此之(zhi)前,F119已積累(lei)3000多地(di)面(mian)(mian)試驗(yan)(yan)(yan)小時(shi),其中(zhong)1500h帶二元(yuan)矢量(liang)噴管(guan)試驗(yan)(yan)(yan)。
在F119上采用(yong)的(de)(de)(de)新技術主要有:三(san)(san)維(wei)粘(zhan)性(xing)(xing)(xing)葉(xie)輪(lun)機設計方(fang)法(fa)、整體葉(xie)盤結(jie)(jie)構、高(gao)紊(wen)流(liu)(liu)度(du)(du)強(qiang)旋流(liu)(liu)主燃燒(shao)室(shi)頭(tou)部、浮壁(bi)燃燒(shao)室(shi)結(jie)(jie)構、高(gao)低(di)(di)壓渦輪(lun)轉(zhuan)向(xiang)相反(fan)、整體式加力(li)燃燒(shao)室(shi)設計、二元矢量噴管和第三(san)(san)代(dai)雙(shuang)(shuang)余度(du)(du)FADEC。此外,還采用(yong)了(le)耐溫1070~1100℃的(de)(de)(de)第三(san)(san)代(dai)單晶渦輪(lun)葉(xie)片材料(liao)、雙(shuang)(shuang)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)熱(re)處理(li)渦輪(lun)盤、阻燃鈦(tai)合金AlloyC、高(gao)溫樹脂基材料(liao)外涵機匣以及用(yong)陶(tao)瓷(ci)基復合材料(liao)或(huo)碳-碳材料(liao)的(de)(de)(de)一(yi)些靜(jing)止結(jie)(jie)構。在研(yan)制(zhi)中(zhong)(zhong),注意(yi)了(le)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)與可靠性(xing)(xing)(xing)、耐久(jiu)性(xing)(xing)(xing)和維(wei)修(xiu)性(xing)(xing)(xing)之間的(de)(de)(de)恰當(dang)平衡。與F100-PW-220相比,F119的(de)(de)(de)外場可更換(huan)件拆卸率(lv)、返(fan)修(xiu)率(lv)、提(ti)前(qian)換(huan)發(fa)率(lv)、維(wei)修(xiu)工(gong)時(shi)、平均維(wei)修(xiu)間隔(ge)時(shi)間和空中(zhong)(zhong)停車率(lv)分別改進50%、74%、33%、63%、62%和29%。新的(de)(de)(de)四階段研(yan)制(zhi)程(cheng)序和綜合產(chan)品研(yan)制(zhi)方(fang)法(fa)保證發(fa)動機研(yan)制(zhi)結(jie)(jie)束時(shi)即(ji)具有良好的(de)(de)(de)可靠性(xing)(xing)(xing)、耐久(jiu)性(xing)(xing)(xing)和維(wei)修(xiu)性(xing)(xing)(xing)并能(neng)(neng)(neng)順利轉(zhuan)入(ru)批量生(sheng)產(chan)。在研(yan)制(zhi)中(zhong)(zhong),為滿足(zu)提(ti)高(gao)推力(li)的(de)(de)(de)要求而增(zeng)大風扇直徑,還遇到了(le)風扇效率(lv)低(di)(di)、耗油率(lv)高(gao)和低(di)(di)壓渦輪(lun)應力(li)大的(de)(de)(de)問題。預計,1994年(nian)中(zhong)(zhong)開始初步飛(fei)行試驗,此時(shi)F119將再(zai)積累3000地面試驗小時(shi)。1997年(nian)交付第1臺生(sheng)產(chan)型發(fa)動機,裝F119的(de)(de)(de)F-22戰斗機將于2002年(nian)具備初步作(zuo)戰能(neng)(neng)(neng)力(li)。
1982年(nian),美(mei)國(guo)空(kong)軍提(ti)(ti)(ti)出"先進(jin)戰(zhan)術戰(zhan)斗機(ji)(ji)(ji)(ji)(ATF)"計劃,當時,洛克希德、波音、通用動(dong)力(li)(li)公(gong)(gong)司(si)聯合(he)提(ti)(ti)(ti)出的YF-22方案與諾斯羅普、麥道(dao)公(gong)(gong)司(si)聯合(he)提(ti)(ti)(ti)出的YF-23方案參與投(tou)標競爭,發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)方面(mian)則(ze)有美(mei)國(guo)普惠(hui)與GE公(gong)(gong)司(si)為(wei)(wei)此分別提(ti)(ti)(ti)出推(tui)(tui)重比為(wei)(wei)10一級(ji)、推(tui)(tui)力(li)(li)為(wei)(wei)133.6千牛(niu)的PW5000(XF119)、GE37(X120)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)參加競爭。XF119零組(zu)件的生產始于(yu)1985年(nian)9月,第(di)1臺發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)FX601于(yu)1986年(nian)10月進(jin)行(xing)首(shou)次臺架試車。為(wei)(wei)了進(jin)行(xing)飛(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)飛(fei)行(xing)評估(gu),兩公(gong)(gong)司(si)又(you)分別發(fa)展(zhan)了用于(yu)飛(fei)行(xing)試驗的發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)YF119、YF120。經過幾年(nian)的開發(fa)研(yan)制(zhi)后,1990年(nian)6月、9月YF-23、YF-22相繼首(shou)飛(fei)并(bing)進(jin)行(xing)對(dui)比試飛(fei)驗證評估(gu),1991年(nian)4月23日美(mei)國(guo)空(kong)軍宣布(bu)選中(zhong)裝普惠(hui)公(gong)(gong)司(si)YF119的YF-22作為(wei)(wei)ATF的機(ji)(ji)(ji)(ji)型。1991年(nian)8月F-22進(jin)入(ru)"工程制(zhi)造和發(fa)展(zhan)(EMD)"階段。從(cong)此,飛(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)被命(ming)名為(wei)(wei)F-22,發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)被命(ming)名為(wei)(wei)F119。在(zai)ATF研(yan)制(zhi)過程中(zhong),飛(fei)機(ji)(ji)(ji)(ji)重量(liang)與阻(zu)力(li)(li)均增(zeng)加較多(duo),為(wei)(wei)此,要(yao)求(qiu)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)的推(tui)(tui)力(li)(li)相應提(ti)(ti)(ti)高(gao)近17%,即最大推(tui)(tui)力(li)(li)(加力(li)(li)推(tui)(tui)力(li)(li))要(yao)求(qiu)為(wei)(wei)156千牛(niu),中(zhong)間推(tui)(tui)力(li)(li)(不加力(li)(li)時最大狀態下的推(tui)(tui)力(li)(li))為(wei)(wei)105千牛(niu),F119采取了將XF119的風(feng)扇直徑稍作增(zeng)加以提(ti)(ti)(ti)高(gao)15%的風(feng)扇空(kong)氣流量(liang),來滿足推(tui)(tui)力(li)(li)增(zeng)大的要(yao)求(qiu),為(wei)(wei)此,發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)的涵道(dao)比由(you)0.25增(zeng)至0.3。
XF119、YF119在進入EMD階(jie)(jie)段前總共完(wan)成(cheng)了3000余小(xiao)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)整機試(shi)車,到(dao)1998年(nian)(nian)6月共進行(xing)了8000余小(xiao)時(shi)(shi)。當轉入EMD階(jie)(jie)段時(shi)(shi)(1991年(nian)(nian)8月3日),普(pu)惠公司獲(huo)得研(yan)制9臺F119試(shi)驗(yan)發動機與33臺飛行(xing)試(shi)驗(yan)發動機的(de)(de)(de)13.75億美(mei)元(yuan)的(de)(de)(de)EMD合同。按當時(shi)(shi)空軍(jun)需要2000套以上的(de)(de)(de)動力裝(zhuang)置(包括備件(jian))來計(ji)算,普(pu)惠公司將(jiang)獲(huo)得120億美(mei)元(yuan)的(de)(de)(de)收入。1992年(nian)(nian)12月17日首臺EMD F119發動機首次試(shi)車,1997年(nian)(nian)9月7日裝(zhuang)F119-PW-100的(de)(de)(de)F-22首飛,從此(ci),F119-PW-100開始了長達數年(nian)(nian)的(de)(de)(de)飛行(xing)試(shi)驗(yan)計(ji)劃。
F119的(de)主要性能參數(shu)為(wei):最大(da)推(tui)力156千(qian)牛,中間(jian)推(tui)力105千(qian)牛,總壓比(bi)(bi)(bi)35,涵道比(bi)(bi)(bi)0.3,渦輪(lun)前溫度1577℃~1677℃,最大(da)直徑1.13米(mi),長度4.826米(mi),重(zhong)量(liang)1360千(qian)克(ke)。與普惠公(gong)司為(wei)第3代戰斗機F-15、F-16研制的(de)推(tui)重(zhong)比(bi)(bi)(bi)為(wei)8一級的(de)F100發動機相比(bi)(bi)(bi),F119在總級數(shu)、零件數(shu)、推(tui)重(zhong)比(bi)(bi)(bi)等均有較大(da)的(de)改進(jin),見表1。
與F119相競爭的(de)(de)YF120發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)為(wei)(wei)變(bian)循(xun)環(huan)發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji),在(zai)(zai)(zai)第(di)2級(ji)(ji)(ji)風(feng)(feng)扇(shan)后有一(yi)可(ke)調外(wai)涵(han)出氣(qi)環(huan),在(zai)(zai)(zai)高壓(ya)壓(ya)氣(qi)機(ji)(ji)中,第(di)1級(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子葉片作得較長,其(qi)后有一(yi)外(wai)涵(han)出氣(qi)環(huan),在(zai)(zai)(zai)發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)工(gong)(gong)作時,第(di)1級(ji)(ji)(ji)高壓(ya)壓(ya)氣(qi)機(ji)(ji)后的(de)(de)放氣(qi)環(huan)始(shi)終打(da)開,因(yin)此(ci),第(di)1級(ji)(ji)(ji)高壓(ya)壓(ya)氣(qi)機(ji)(ji)轉(zhuan)子起(qi)到(dao)風(feng)(feng)扇(shan)的(de)(de)作用。在(zai)(zai)(zai)低(di)工(gong)(gong)況下,風(feng)(feng)扇(shan)的(de)(de)可(ke)調外(wai)涵(han)放氣(qi)環(huan)打(da)開,使涵(han)道(dao)比加大以獲得低(di)的(de)(de)耗油率;在(zai)(zai)(zai)大工(gong)(gong)況時,該放氣(qi)環(huan)關閉,發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)成為(wei)(wei)小涵(han)道(dao)比渦扇(shan)發(fa)(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji),以增加單位推力(li)。由于YF120的(de)(de)風(feng)(feng)扇(shan)、壓(ya)氣(qi)機(ji)(ji)均比F119少(shao)1級(ji)(ji)(ji),且高、低(di)壓(ya)渦輪間無導向葉片,因(yin)此(ci)它(ta)比F119少(shao)5排葉片。表2列出了(le)YF120和YF119在(zai)(zai)(zai)結(jie)構上(shang)的(de)(de)主要差別。
在F119總(zong)體結構設計中,與普惠公司以往的(de)發(fa)動(dong)機相比,有二個突出的(de)變化,一是高壓轉子支撐方式改用了(le)GE公司慣用的(de)形(xing)式,二是高壓渦輪采用了(le)單級(ji)。
普惠公司(si)在(zai)60年代后期開始研制(zhi)的(de)(de)(de)(de)民(min)用(yong)(yong)發動(dong)(dong)(dong)(dong)機(JT9D、PW2037、PW4000)及軍(jun)用(yong)(yong)發動(dong)(dong)(dong)(dong)機(F100)中(zhong)(zhong),高(gao)(gao)(gao)壓(ya)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)均采用(yong)(yong)1-1-0支(zhi)(zhi)(zhi)撐方(fang)式,即(ji)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)壓(ya)氣機前(qian)為滾珠(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng),后支(zhi)(zhi)(zhi)點設在(zai)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)渦輪前(qian),高(gao)(gao)(gao)壓(ya)渦輪是(shi)懸臂支(zhi)(zhi)(zhi)撐的(de)(de)(de)(de),該軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)負荷(he)是(shi)通過燃(ran)燒室機匣傳(chuan)出的(de)(de)(de)(de)。這種設計(ji)(ji)不(bu)僅使(shi)發動(dong)(dong)(dong)(dong)機承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)力框架數多,而(er)且(qie)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)渦輪軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)由于要(yao)裝(zhuang)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)使(shi)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)徑小(xiao)、且(qie)渦輪盤是(shi)懸臂支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de),給轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)(dong)力學設計(ji)(ji)帶來困(kun)難。GE公司(si)的(de)(de)(de)(de)發動(dong)(dong)(dong)(dong)機(軍(jun)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)有(you)F101、110、F404,民(min)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)有(you)CFM56)中(zhong)(zhong),高(gao)(gao)(gao)壓(ya)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)則(ze)采用(yong)(yong)了(le)1-0-1支(zhi)(zhi)(zhi)撐方(fang)式,即(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)后支(zhi)(zhi)(zhi)點設在(zai)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)渦輪后,且(qie)采用(yong)(yong)了(le)中(zhong)(zhong)介(jie)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng),即(ji)該軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)外環固定于高(gao)(gao)(gao)壓(ya)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)上,內環固定于低壓(ya)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)上,這種布局(ju)不(bu)僅可減少一個承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)力框架,而(er)且(qie)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)渦輪軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)徑可作(zuo)得很大,增(zeng)加了(le)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)剛性,它的(de)(de)(de)(de)缺點是(shi)中(zhong)(zhong)介(jie)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)潤滑與封嚴(yan)較為復雜些。
普惠公(gong)(gong)司在(zai)F119發(fa)動(dong)機(ji)(ji)的(de)總體(ti)設計中(zhong)(zhong),一改(gai)(gai)以往的(de)作法,將高壓轉子的(de)支(zhi)撐(cheng)方(fang)式改(gai)(gai)用(yong)了(le)GE公(gong)(gong)司慣用(yong)的(de)1-0-1且后支(zhi)點為中(zhong)(zhong)介軸(zhou)承(cheng)的(de)方(fang)式,在(zai)該公(gong)(gong)司最新的(de)民用(yong)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)PW8000中(zhong)(zhong)也(ye)采(cai)用(yong)了(le)1-0-1高壓轉子支(zhi)撐(cheng)方(fang)式,這(zhe)一設計變化,值得注(zhu)意。
高(gao)壓(ya)渦(wo)輪的(de)(de)(de)設計(ji)中(zhong),普(pu)惠(hui)公(gong)司(si)(si)在60年代后期(qi)開始研(yan)制的(de)(de)(de)發(fa)動(dong)機,例(li)如它的(de)(de)(de)大(da)型民(min)(min)用(yong)(yong)發(fa)動(dong)機JT9D、PW2037、PW4000以及軍(jun)用(yong)(yong)發(fa)動(dong)機F100均采用(yong)(yong)了雙級設計(ji),這(zhe)(zhe)種設計(ji),使(shi)(shi)每級渦(wo)輪的(de)(de)(de)負荷小,渦(wo)輪效(xiao)率要大(da)些,但帶來零(ling)件多,重(zhong)量增大(da)的(de)(de)(de)缺點。GE公(gong)司(si)(si)則在同時期(qi)研(yan)制的(de)(de)(de)發(fa)動(dong)機(軍(jun)用(yong)(yong)F101、F110、F404和民(min)(min)用(yong)(yong)CFM56)中(zhong),均采用(yong)(yong)了單(dan)級高(gao)壓(ya)渦(wo)輪,雖然渦(wo)輪效(xiao)率稍低,但使(shi)(shi)發(fa)動(dong)機結構簡單(dan),零(ling)件數,重(zhong)量輕等。在F119設計(ji)中(zhong),普(pu)惠(hui)公(gong)司(si)(si)一改以往的(de)(de)(de)作法,采用(yong)(yong)了單(dan)級高(gao)壓(ya)渦(wo)輪的(de)(de)(de)設計(ji),這(zhe)(zhe)一改變(bian)也是(shi)為了提高(gao)推重(zhong)比。
⒈風扇3級(ji),第1級(ji)風扇葉(xie)片(pian)采用寬弦(xian)、空(kong)(kong)心設計,與(yu)用于B777的(de)PW4084發動機(ji)上的(de)空(kong)(kong)心葉(xie)片(pian)結構相同,即葉(xie)片(pian)由葉(xie)盆、葉(xie)背兩(liang)塊型板經擴(kuo)散連(lian)接(jie)法連(lian)接(jie)成整體葉(xie)片(pian),在連(lian)接(jie)前,先將兩(liang)板接(jie)合面(mian)處縱向地銑出幾條槽(cao)道形成空(kong)(kong)腔。這種空(kong)(kong)心葉(xie)片(pian)的(de)空(kong)(kong)心度較小。
用鈦合金制的(de)(de)3級(ji)風扇轉子(zi)均采(cai)(cai)用了整體葉(xie)(xie)盤結構。單個加(jia)工好(hao)的(de)(de)葉(xie)(xie)片用線性摩(mo)擦(ca)焊焊到輪盤上(shang)相應的(de)(de)凸塊上(shang)(凸塊與(yu)葉(xie)(xie)片底部均留有少量加(jia)工余量),焊好(hao)后再(zai)將多余的(de)(de)材料磨去形成(cheng)完(wan)整的(de)(de)整體葉(xie)(xie)盤,羅-羅公司(si)也采(cai)(cai)用這種加(jia)工方法。在YF-22進(jin)行驗證飛行時所用的(de)(de)YF119中,僅第2、3級(ji)風扇采(cai)(cai)用了整體葉(xie)(xie)盤。
為(wei)保(bao)證風扇(shan)機(ji)匣(xia)剛(gang)性(xing)均(jun)勻(yun)(yun),保(bao)持(chi)較均(jun)勻(yun)(yun)的葉尖間隙,風扇(shan)機(ji)匣(xia)作(zuo)成整(zheng)環的,為(wei)此,風扇(shan)轉子作(zuo)成可(ke)拆(chai)卸的,即第2級(ji)盤(pan)前、后均(jun)帶鼓環,分別(bie)與(yu)第1、3級(ji)盤(pan)連(lian)接。
風扇(shan)進口(kou)處采用(yong)(yong)了可變彎度的進口(kou)導流葉片,其結(jie)構與F100的類似。第3級靜(jing)葉均采用(yong)(yong)了彎曲設計,這(zhe)種(zhong)設計也用(yong)(yong)于PW4084。
⒉高(gao)壓壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)6級,采(cai)用(yong)(yong)高(gao)級壓比(bi)設(she)計,6級轉子全采(cai)用(yong)(yong)整體葉(xie)盤結構(gou)。進口(kou)導葉(xie)與第1、2級導葉(xie)是可調節的,前機(ji)(ji)匣采(cai)用(yong)(yong)了阻燃(ran)"Alloy C"鈦合金以減輕重量。為(wei)增加高(gao)壓壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)出口(kou)處機(ji)(ji)匣(該處直徑最小,形成了縮腰)的縱向剛性,燃(ran)燒室機(ji)(ji)匣前伸到(dao)壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)的3級處,使壓氣(qi)(qi)機(ji)(ji)后機(ji)(ji)匣具有雙(shuang)層(ceng)結構(gou),外層(ceng)傳遞(di)負荷,內層(ceng)僅作為(wei)氣(qi)(qi)流的包容環,這(zhe)種結構(gou)在大型高(gao)涵道(dao)比(bi)渦扇發動機(ji)(ji)中得到(dao)廣泛采(cai)用(yong)(yong)。
⒊燃燒室短(duan)環(huan)形(xing),火(huo)焰(yan)筒為(wei)雙層浮(fu)壁式,外層為(wei)整體(ti)環(huan)形(xing)殼(ke)體(ti),在(zai)殼(ke)體(ti)與燃氣接觸(chu)的(de)(de)壁面上鉚焊有(you)(you)薄(bo)(bo)板,薄(bo)(bo)板與殼(ke)體(ti)間(jian)留有(you)(you)一定的(de)(de)縫(feng)隙,使冷卻(que)兩者(zhe)的(de)(de)空氣由縫(feng)中(zhong)流(liu)過。為(wei)了(le)使薄(bo)(bo)板在(zai)工(gong)作中(zhong)能在(zai)圓(yuan)周與長度上自由膨脹,薄(bo)(bo)板在(zai)圓(yuan)周與長度上均切成一段(duan)段(duan)的(de)(de),形(xing)成多片瓦(wa)塊狀的(de)(de)薄(bo)(bo)板,因此這種火(huo)焰(yan)筒又可稱為(wei)瓦(wa)片式火(huo)焰(yan)筒。
采(cai)用浮壁式火焰筒(tong)可(ke)(ke)改(gai)善火焰筒(tong)的(de)工(gong)作條(tiao)件,不僅可(ke)(ke)提高火焰筒(tong)的(de)壽命(ming),與燃氣接觸的(de)瓦片燒壞后還可(ke)(ke)更換,而且還可(ke)(ke)使排(pai)氣污染物減(jian)少(shao)。這種結(jie)構己(ji)在V2500、PW4084等民用發動(dong)機上采(cai)用。
⒋高壓渦(wo)輪(lun)單級,工(gong)作葉片用(yong)(yong)普(pu)惠(hui)公司的(de)(de)(de)第3代單晶材料(liao)制成,采(cai)用(yong)(yong)了先進的(de)(de)(de)氣膜冷卻技術(shu)。渦(wo)輪(lun)盤采(cai)用(yong)(yong)雙(shuang)重熱(re)處理以(yi)適應外緣與輪(lun)心的(de)(de)(de)不同要求(qiu),即(ji)外緣采(cai)用(yong)(yong)了提(ti)高損傷容限(xian)能力(li)的(de)(de)(de)處理,以(yi)適應榫槽可能出現的(de)(de)(de)微裂紋(wen);輪(lun)心部分則采(cai)用(yong)(yong)提(ti)高強(qiang)度的(de)(de)(de)熱(re)處理,這種在(zai)一(yi)個零件上(shang)采(cai)用(yong)(yong)兩種要求(qiu)不同的(de)(de)(de)熱(re)處理,實屬罕見。工(gong)作葉片葉尖噴涂有一(yi)層(ceng)耐磨(mo)涂層(ceng)(在(zai)XF119上(shang)沒有采(cai)用(yong)(yong)),以(yi)減(jian)少性能的(de)(de)(de)衰退率,這種措(cuo)施在(zai)大型民用(yong)(yong)渦(wo)扇發動機中應用(yong)(yong)較多。
⒌低(di)壓渦(wo)輪(lun)單級,與(yu)高(gao)(gao)壓渦(wo)輪(lun)轉(zhuan)(zhuan)向相反(fan)。這(zhe)(zhe)種將高(gao)(gao)、低(di)壓轉(zhuan)(zhuan)子作成對轉(zhuan)(zhuan)的(de)結(jie)構(gou),當飛機(ji)機(ji)動飛行時作用于(yu)(yu)兩轉(zhuan)(zhuan)子上的(de)陀螺力矩(ju)會相互抵(di)消大(da)部分,因此可(ke)減(jian)少外(wai)(wai)(wai)傳到飛機(ji)機(ji)身的(de)力矩(ju);另(ling)外(wai)(wai)(wai),對裝(zhuang)于(yu)(yu)兩轉(zhuan)(zhuan)子間的(de)中介軸承(cheng),軸承(cheng)內、外(wai)(wai)(wai)環轉(zhuan)(zhuan)向相反(fan)時,會大(da)大(da)降低(di)保持架(jia)與(yu)轉(zhuan)(zhuan)子組合體相對內、外(wai)(wai)(wai)環的(de)轉(zhuan)(zhuan)速,對軸承(cheng)的(de)工作有(you)利,但增加(jia)了封嚴(yan)的(de)難(nan)度(du)。理論(lun)上,高(gao)(gao)、低(di)壓渦(wo)輪(lun)對轉(zhuan)(zhuan)時,可(ke)以不要低(di)壓渦(wo)輪(lun)導向器(YF120上即無),但F119上仍然采用了導向器。低(di)壓渦(wo)輪(lun)輪(lun)盤中心開(kai)有(you)大(da)孔,以便安裝(zhuang)高(gao)(gao)壓轉(zhuan)(zhuan)子的(de)后軸承(cheng)(中介軸承(cheng)),這(zhe)(zhe)與(yu)F404、M88發動機(ji)的(de)結(jie)構(gou)類似。
⒍加力(li)燃(ran)燒室分三區,加力(li)筒(tong)體采(cai)用(yong)"Alloy C"阻燃(ran)鈦合(he)金以減輕重量(liang),筒(tong)體內作(zuo)有隔熱套(tao)筒(tong),兩(liang)者間(jian)的縫(feng)隙中(zhong)流過外(wai)涵空氣(qi)對筒(tong)體進(jin)行冷(leng)卻,在YF119上采(cai)用(yong)外(wai)部導管引冷(leng)卻空氣(qi)對筒(tong)體進(jin)行冷(leng)卻,在F119上取消了外(wai)部導管。
⒎尾噴(pen)(pen)管(guan)(guan)(guan)二元收斂-擴(kuo)張矢量噴(pen)(pen)管(guan)(guan)(guan),噴(pen)(pen)管(guan)(guan)(guan)上、下的(de)(de)(de)收擴(kuo)式調節片可單獨控制喉道與出口面積,且當上、下調節片同時向上或向下擺動時,可改變排(pai)氣流的(de)(de)(de)方向,從而(er)改變推力的(de)(de)(de)方向。發動機的(de)(de)(de)推力能在(zai)飛(fei)機的(de)(de)(de)俯仰方向±20°內偏轉,從+20°到-20°的(de)(de)(de)行程中(zhong)只需(xu)1秒鐘。推力和矢量由(you)雙余(yu)度全權(quan)限數字電子控制系統控制,用(yong)由(you)煤油作介質(zhi)的(de)(de)(de)作動筒來(lai)操縱。調節片設計(ji)成可減少雷達散射截面積;為減少紅外信號,對調節片進行了冷卻。尾噴(pen)(pen)管(guan)(guan)(guan)也采(cai)用(yong)"Alloy C"阻燃(ran)鈦合金以減輕(qing)重量。
⒏ 燃油控制(zhi)系統 為(wei)第3代雙余(yu)度全權限數字(zi)電子控制(zhi)系統。
⒈維(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)性在F119設(she)計(ji)中(zhong),特別(bie)強調了維(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)性,例如大(da)部(bu)分附件(jian)包括燃(ran)油泵和控(kong)制系(xi)統均(jun)作(zuo)成外(wai)場可(ke)(ke)更換(huan)(huan)組件(jian)(LRU),每(mei)個LRU拆換(huan)(huan)時(shi)間不(bu)超過20分鐘,所(suo)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工具僅(jin)是(shi)11種標準手動(dong)工具;在外(wai)場維(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)時(shi)需進行拆裝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)緊(jin)固件(jian)不(bu)允(yun)許用保險絲、開(kai)口銷;由于(yu)采用"B"型螺母(mu),擰螺母(mu)時(shi)可(ke)(ke)不(bu)采用限扭扳手;孔(kong)探儀(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)座孔(kong)設(she)計(ji)成無螺紋內置式的(de)(de)(de)(de)(de)(de);所(suo)有導管、導線均(jun)用不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顏色予以(yi)區分;滑油箱裝有目視的(de)(de)(de)(de)(de)(de)油位(wei)指(zhi)示器;連接件(jian)作(zuo)成能快卸快裝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構;自(zi)動(dong)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)綜合診(zhen)斷系(xi)統;在外(wai)場無須對附件(jian)進行調整與微(wei)調;以(yi)計(ji)算機(ji)為基礎(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)培訓系(xi)統;電子技術(即光盤(pan))文(wen)件(jian);具有抗(kang)外(wai)物擊傷與抗(kang)銹蝕能力;壓氣機(ji)機(ji)匣水平對開(kai),以(yi)便迅速接近內部(bu)零件(jian);所(suo)有附件(jian)均(jun)置于(yu)發(fa)動(dong)機(ji)下部(bu)等。由于(yu)采用了這些措施,使(shi)外(wai)場級(ji)、中(zhong)修(xiu)(xiu)(xiu)級(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)維(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)工作(zuo)減少75%,基地級(ji)維(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)所(suo)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工具減少60%,平均(jun)工具的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重量減輕40%。
⒉可靠性普(pu)惠在設計F119時,遵循了采(cai)用(yong)"經過驗(yan)證(zheng)的(de)技術(shu)",以及(ji)使發動機(ji)結構簡單和零件(jian)數少的(de)原則,因此(ci),它的(de)性能較前一代發動機(ji)F100有較大提高(gao),也采(cai)用(yong)了一些以前發動機(ji)中未采(cai)用(yong)的(de)新技術(shu),而(er)其(qi)可靠性比F100的(de)要高(gao)。表(biao)3表(biao)示F119與F100-PW-220相比,其(qi)可靠性和維修性的(de)改進。
風扇(shan)3級軸流式。無(wu)進口(kou)導流葉(xie)片。風扇(shan)葉(xie)片為寬弦設計。
壓氣機(ji)6級軸流式。采用(yong)整體葉盤(pan)結(jie)構。
燃燒室環形。采(cai)用(yong)浮壁結構。
高壓渦輪(lun)單級(ji)軸流(liu)式。采(cai)用第(di)三代單晶渦輪(lun)葉片材料、隔熱涂(tu)層和(he)先進冷卻(que)結構。
低壓渦輪單級軸流式(shi)。與高壓轉(zhuan)子對(dui)轉(zhuan)。
燃燒室(shi)整體式(shi)。內、外涵道內各設單圈噴(pen)油環。
尾噴(pen)管二元矢量(liang)收(shou)斂-擴張噴(pen)管,在俯(fu)仰方向可作±20°偏(pian)轉。
控制系統(tong)第三代(dai)雙余度FADEC。
技術數據
F119-PW-100
F119-PW-100
最大加(jia)力推力(N) 173400
中間推力(N) 118000
加力耗油(you)率[kg/(daN·h)] 2.40(據估算應為(wei)1.80~1.90)
中(zhong)間耗油率[kg/(daN·h)] 0.622(據估算應(ying)為0.88~0.90)
推重(zhong)比 10~11.5
涵(han)道比(bi) 0.2~0.3
總增壓比 26
渦輪進(jin)口(kou)溫度(du)(℃) 約1700
最大直徑(mm) 1143
長度(mm) 4826
質量(kg) 1360
新技術、新工藝(yi)和新材料的結晶 普惠公司研制的F119發動機
F119 Engine for F-22
F119是美(mei)國(guo)普惠(hui)公司為F-22研(yan)制的(de)(de)推重比10一(yi)級的(de)(de)加力式(shi)渦扇發(fa)動(dong)機(ji)(ji),它(ta)采(cai)用了普惠(hui)公司多年(nian)的(de)(de)經驗和(he)新(xin)研(yan)究的(de)(de)技術,在結(jie)構和(he)性(xing)(xing)(xing)能上代表了當前最先進的(de)(de)戰斗機(ji)(ji)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)水平(ping)。去年(nian)底,普惠(hui)公司為F-22試飛交(jiao)付(fu)了第一(yi)臺(tai)生產型(xing)F119發(fa)動(dong)機(ji)(ji),這標志(zhi)著F119的(de)(de)工程研(yan)制工作即將(jiang)完成。普惠(hui)公司開始進行生產型(xing)F119的(de)(de)耐(nai)久性(xing)(xing)(xing)試驗的(de)(de)最后(hou)階(jie)段。該發(fa)動(dong)機(ji)(ji)在結(jie)構和(he)性(xing)(xing)(xing)能上較(jiao)前一(yi)代戰斗機(ji)(ji)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)F100有很大提高,而可靠性(xing)(xing)(xing)、耐(nai)久性(xing)(xing)(xing)和(he)維修性(xing)(xing)(xing)也較(jiao)前一(yi)代向前邁進了一(yi)大步。