1983年(nian)(nian)9月,美國空軍同(tong)時(shi)授予普·惠(hui)公司(si)和通用(yong)電氣(qi)公司(si)金額(e)各為2億(yi)美元,為期(qi)50個月的(de)(de)驗(yan)(yan)證機合(he)同(tong)。普·惠(hui)公司(si)的(de)(de)PW5000是一種強調應用(yong)成熟技(ji)術的(de)(de)常規設計;而(er)通用(yong)電氣(qi)公司(si)的(de)(de)GE37則(ze)是一種新穎的(de)(de)變循環發動(dong)機,其涵道比可在(zai)0~0.25之(zhi)間變化(hua)。后(hou)來(lai),這兩種驗(yan)(yan)證機分別(bie)編號(hao)為YF119和YF120,并于1986年(nian)(nian)10月和1987年(nian)(nian)5月開始(shi)地面(mian)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。經過廣(guang)泛(fan)的(de)(de)地面(mian)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)和安裝在(zai)YF-22和YF-23上的(de)(de)初步飛行試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)后(hou),1991年(nian)(nian)4月,F-22/F119組合(he)被選中(zhong)。據美軍方有關(guan)(guan)人士(shi)談(tan)到選擇F119的(de)(de)原因時(shi)說,F120技(ji)術復雜,尚未經實際驗(yan)(yan)證,因而(er)研制風險較(jiao)大,而(er)且變循環設計也(ye)增加(jia)了(le)結構和控制系(xi)統的(de)(de)復雜性(xing)和重量,因而(er)維修比較(jiao)困(kun)難,壽(shou)命(ming)期(qi)費用(yong)較(jiao)高。在(zai)選擇時(shi),風險和費用(yong)是主要考慮,技(ji)術先(xian)進性(xing)沒有起(qi)到關(guan)(guan)鍵作(zuo)用(yong)。在(zai)此之(zhi)前(qian),F119已積累(lei)3000多地面(mian)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)小時(shi),其中(zhong)1500h帶(dai)二元矢量噴管試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。
在F119上采(cai)(cai)用的(de)(de)新技(ji)術主要有(you)(you):三維粘性(xing)葉(xie)輪機(ji)(ji)設(she)計(ji)方法(fa)、整體葉(xie)盤(pan)結(jie)構(gou)、高(gao)紊(wen)流度強旋流主燃(ran)燒室(shi)頭部(bu)、浮壁燃(ran)燒室(shi)結(jie)構(gou)、高(gao)低壓渦(wo)輪轉(zhuan)向相(xiang)反、整體式加力燃(ran)燒室(shi)設(she)計(ji)、二元矢量噴管和第(di)三代雙余度FADEC。此外,還采(cai)(cai)用了耐溫1070~1100℃的(de)(de)第(di)三代單晶渦(wo)輪葉(xie)片材(cai)料、雙性(xing)能(neng)熱處(chu)理渦(wo)輪盤(pan)、阻燃(ran)鈦(tai)合(he)金AlloyC、高(gao)溫樹脂基材(cai)料外涵機(ji)(ji)匣(xia)以及用陶(tao)瓷(ci)基復(fu)合(he)材(cai)料或碳(tan)(tan)-碳(tan)(tan)材(cai)料的(de)(de)一些靜止結(jie)構(gou)。在研(yan)制(zhi)(zhi)中,注意了性(xing)能(neng)與可靠性(xing)、耐久性(xing)和維修(xiu)性(xing)之間(jian)的(de)(de)恰當平衡。與F100-PW-220相(xiang)比,F119的(de)(de)外場可更換件拆卸率、返修(xiu)率、提前換發(fa)率、維修(xiu)工時(shi)、平均維修(xiu)間(jian)隔時(shi)間(jian)和空(kong)中停(ting)車率分別改進(jin)50%、74%、33%、63%、62%和29%。新的(de)(de)四(si)階段研(yan)制(zhi)(zhi)程(cheng)序(xu)和綜合(he)產品(pin)研(yan)制(zhi)(zhi)方法(fa)保證發(fa)動(dong)機(ji)(ji)研(yan)制(zhi)(zhi)結(jie)束時(shi)即(ji)具有(you)(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)可靠性(xing)、耐久性(xing)和維修(xiu)性(xing)并能(neng)順利(li)轉(zhuan)入批(pi)量生(sheng)產。在研(yan)制(zhi)(zhi)中,為(wei)滿足提高(gao)推(tui)力的(de)(de)要求而增大風扇直徑(jing),還遇到了風扇效率低、耗油率高(gao)和低壓渦(wo)輪應力大的(de)(de)問(wen)題(ti)。預計(ji),1994年(nian)中開始初步飛(fei)行試驗,此時(shi)F119將(jiang)再(zai)積(ji)累3000地面試驗小時(shi)。1997年(nian)交付第(di)1臺生(sheng)產型發(fa)動(dong)機(ji)(ji),裝F119的(de)(de)F-22戰斗機(ji)(ji)將(jiang)于2002年(nian)具備初步作戰能(neng)力。
1982年,美國空軍提(ti)(ti)出(chu)(chu)"先進(jin)戰術戰斗機(ji)(ji)(ATF)"計劃,當時(shi),洛(luo)克(ke)希德、波(bo)音(yin)、通用(yong)動(dong)(dong)力(li)公司(si)(si)聯合(he)提(ti)(ti)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)YF-22方案(an)與(yu)諾(nuo)斯羅普(pu)、麥(mai)道(dao)公司(si)(si)聯合(he)提(ti)(ti)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)YF-23方案(an)參與(yu)投(tou)標競(jing)爭,發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)方面則有美國普(pu)惠與(yu)GE公司(si)(si)為(wei)(wei)(wei)此(ci)(ci)分別提(ti)(ti)出(chu)(chu)推(tui)(tui)重(zhong)(zhong)比為(wei)(wei)(wei)10一級(ji)、推(tui)(tui)力(li)為(wei)(wei)(wei)133.6千(qian)牛的(de)(de)(de)PW5000(XF119)、GE37(X120)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)參加(jia)競(jing)爭。XF119零(ling)組件的(de)(de)(de)生產始(shi)于1985年9月(yue)(yue)(yue),第1臺(tai)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)FX601于1986年10月(yue)(yue)(yue)進(jin)行(xing)首次臺(tai)架試(shi)車。為(wei)(wei)(wei)了進(jin)行(xing)飛(fei)機(ji)(ji)飛(fei)行(xing)評(ping)估(gu),兩公司(si)(si)又分別發(fa)展了用(yong)于飛(fei)行(xing)試(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)YF119、YF120。經過(guo)幾年的(de)(de)(de)開發(fa)研制(zhi)后,1990年6月(yue)(yue)(yue)、9月(yue)(yue)(yue)YF-23、YF-22相繼首飛(fei)并進(jin)行(xing)對比試(shi)飛(fei)驗(yan)證評(ping)估(gu),1991年4月(yue)(yue)(yue)23日美國空軍宣(xuan)布選中(zhong)裝普(pu)惠公司(si)(si)YF119的(de)(de)(de)YF-22作為(wei)(wei)(wei)ATF的(de)(de)(de)機(ji)(ji)型。1991年8月(yue)(yue)(yue)F-22進(jin)入"工程制(zhi)造和(he)發(fa)展(EMD)"階段(duan)。從此(ci)(ci),飛(fei)機(ji)(ji)被(bei)命名為(wei)(wei)(wei)F-22,發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)被(bei)命名為(wei)(wei)(wei)F119。在ATF研制(zhi)過(guo)程中(zhong),飛(fei)機(ji)(ji)重(zhong)(zhong)量與(yu)阻力(li)均增(zeng)加(jia)較多,為(wei)(wei)(wei)此(ci)(ci),要求(qiu)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)推(tui)(tui)力(li)相應提(ti)(ti)高(gao)近17%,即最大推(tui)(tui)力(li)(加(jia)力(li)推(tui)(tui)力(li))要求(qiu)為(wei)(wei)(wei)156千(qian)牛,中(zhong)間推(tui)(tui)力(li)(不加(jia)力(li)時(shi)最大狀態(tai)下的(de)(de)(de)推(tui)(tui)力(li))為(wei)(wei)(wei)105千(qian)牛,F119采取了將XF119的(de)(de)(de)風(feng)扇直徑(jing)稍作增(zeng)加(jia)以提(ti)(ti)高(gao)15%的(de)(de)(de)風(feng)扇空氣流量,來(lai)滿足推(tui)(tui)力(li)增(zeng)大的(de)(de)(de)要求(qiu),為(wei)(wei)(wei)此(ci)(ci),發(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)涵(han)道(dao)比由0.25增(zeng)至0.3。
XF119、YF119在(zai)進(jin)入(ru)EMD階段前(qian)總(zong)共(gong)完成了3000余小(xiao)時(shi)的(de)(de)(de)整機試(shi)車,到1998年(nian)(nian)6月共(gong)進(jin)行了8000余小(xiao)時(shi)。當轉入(ru)EMD階段時(shi)(1991年(nian)(nian)8月3日),普惠公(gong)司獲(huo)得研制9臺(tai)F119試(shi)驗(yan)發(fa)動(dong)(dong)機與(yu)33臺(tai)飛行試(shi)驗(yan)發(fa)動(dong)(dong)機的(de)(de)(de)13.75億美元的(de)(de)(de)EMD合(he)同。按當時(shi)空(kong)軍(jun)需要2000套以上的(de)(de)(de)動(dong)(dong)力(li)裝置(zhi)(包(bao)括備件)來計算,普惠公(gong)司將獲(huo)得120億美元的(de)(de)(de)收入(ru)。1992年(nian)(nian)12月17日首臺(tai)EMD F119發(fa)動(dong)(dong)機首次(ci)試(shi)車,1997年(nian)(nian)9月7日裝F119-PW-100的(de)(de)(de)F-22首飛,從此,F119-PW-100開始了長達數年(nian)(nian)的(de)(de)(de)飛行試(shi)驗(yan)計劃。
F119的(de)主(zhu)要(yao)性能(neng)參(can)數(shu)為:最大推力156千(qian)(qian)牛,中間推力105千(qian)(qian)牛,總(zong)壓比(bi)35,涵道比(bi)0.3,渦輪(lun)前溫(wen)度1577℃~1677℃,最大直徑1.13米,長度4.826米,重量1360千(qian)(qian)克。與普惠公司(si)為第3代戰斗機(ji)F-15、F-16研(yan)制的(de)推重比(bi)為8一級(ji)的(de)F100發動機(ji)相比(bi),F119在總(zong)級(ji)數(shu)、零(ling)件數(shu)、推重比(bi)等(deng)均有(you)較大的(de)改(gai)進(jin),見表1。
與F119相競(jing)爭的(de)YF120發(fa)動(dong)(dong)機為變(bian)循環發(fa)動(dong)(dong)機,在(zai)(zai)第2級風(feng)扇(shan)(shan)(shan)后(hou)有(you)一可(ke)調外涵出(chu)(chu)氣(qi)環,在(zai)(zai)高(gao)壓壓氣(qi)機中(zhong),第1級轉(zhuan)子葉片作得(de)較長(chang),其(qi)后(hou)有(you)一外涵出(chu)(chu)氣(qi)環,在(zai)(zai)發(fa)動(dong)(dong)機工作時,第1級高(gao)壓壓氣(qi)機后(hou)的(de)放氣(qi)環始(shi)終打開,因(yin)此,第1級高(gao)壓壓氣(qi)機轉(zhuan)子起到(dao)風(feng)扇(shan)(shan)(shan)的(de)作用。在(zai)(zai)低工況(kuang)下,風(feng)扇(shan)(shan)(shan)的(de)可(ke)調外涵放氣(qi)環打開,使涵道比加(jia)大(da)以獲得(de)低的(de)耗油率;在(zai)(zai)大(da)工況(kuang)時,該放氣(qi)環關閉,發(fa)動(dong)(dong)機成為小涵道比渦(wo)扇(shan)(shan)(shan)發(fa)動(dong)(dong)機,以增加(jia)單位推力。由于YF120的(de)風(feng)扇(shan)(shan)(shan)、壓氣(qi)機均比F119少(shao)1級,且高(gao)、低壓渦(wo)輪間無導向葉片,因(yin)此它比F119少(shao)5排葉片。表2列出(chu)(chu)了YF120和YF119在(zai)(zai)結構上的(de)主要差(cha)別。
在F119總體結構(gou)設計中(zhong),與普(pu)惠公司以往的(de)發動(dong)機(ji)相比,有二(er)個突出的(de)變化,一是高壓轉(zhuan)子支撐方式(shi)改用了(le)GE公司慣用的(de)形(xing)式(shi),二(er)是高壓渦輪采用了(le)單級。
普惠公司(si)在60年代后期開始研(yan)制的(de)民用(yong)發動(dong)機(ji)(JT9D、PW2037、PW4000)及軍用(yong)發動(dong)機(ji)(F100)中(zhong)(zhong),高(gao)壓(ya)(ya)轉(zhuan)(zhuan)子均采用(yong)1-1-0支(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)方式(shi),即高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣機(ji)前(qian)為滾珠軸(zhou)(zhou)(zhou)承,后支(zhi)(zhi)點(dian)設在高(gao)壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)前(qian),高(gao)壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)是懸臂(bei)支(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)的(de),該(gai)(gai)軸(zhou)(zhou)(zhou)承的(de)負荷是通過燃燒室機(ji)匣傳出的(de)。這(zhe)種設計不僅(jin)使(shi)(shi)發動(dong)機(ji)承力框架數(shu)多,而且(qie)高(gao)壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)軸(zhou)(zhou)(zhou)由于要裝軸(zhou)(zhou)(zhou)承使(shi)(shi)軸(zhou)(zhou)(zhou)徑(jing)(jing)小、且(qie)渦(wo)輪(lun)(lun)盤(pan)是懸臂(bei)支(zhi)(zhi)承的(de),給轉(zhuan)(zhuan)子動(dong)力學設計帶(dai)來困難。GE公司(si)的(de)發動(dong)機(ji)(軍用(yong)的(de)有F101、110、F404,民用(yong)的(de)有CFM56)中(zhong)(zhong),高(gao)壓(ya)(ya)轉(zhuan)(zhuan)子則采用(yong)了(le)1-0-1支(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)方式(shi),即轉(zhuan)(zhuan)子的(de)后支(zhi)(zhi)點(dian)設在高(gao)壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)后,且(qie)采用(yong)了(le)中(zhong)(zhong)介軸(zhou)(zhou)(zhou)承,即該(gai)(gai)軸(zhou)(zhou)(zhou)承的(de)外環固定(ding)于高(gao)壓(ya)(ya)轉(zhuan)(zhuan)子上(shang),內環固定(ding)于低壓(ya)(ya)轉(zhuan)(zhuan)子上(shang),這(zhe)種布局不僅(jin)可(ke)(ke)減少一個承力框架,而且(qie)高(gao)壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)徑(jing)(jing)可(ke)(ke)作(zuo)得很大(da),增(zeng)加了(le)轉(zhuan)(zhuan)子剛性,它的(de)缺點(dian)是中(zhong)(zhong)介軸(zhou)(zhou)(zhou)承的(de)潤滑(hua)與封(feng)嚴(yan)較為復(fu)雜些(xie)。
普惠公司(si)在(zai)F119發動(dong)(dong)機的總(zong)體設計中,一改以往的作(zuo)法,將高壓轉子的支(zhi)(zhi)撐方(fang)式(shi)改用(yong)了GE公司(si)慣用(yong)的1-0-1且后(hou)支(zhi)(zhi)點為中介軸承的方(fang)式(shi),在(zai)該公司(si)最新的民用(yong)發動(dong)(dong)機PW8000中也(ye)采用(yong)了1-0-1高壓轉子支(zhi)(zhi)撐方(fang)式(shi),這一設計變化(hua),值得注意(yi)。
高壓(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)的(de)設計(ji)中,普(pu)惠(hui)公(gong)司在(zai)60年(nian)代(dai)后期開始研(yan)制的(de)發(fa)動(dong)機(ji),例如它的(de)大型(xing)民用(yong)(yong)(yong)(yong)發(fa)動(dong)機(ji)JT9D、PW2037、PW4000以及(ji)軍(jun)用(yong)(yong)(yong)(yong)發(fa)動(dong)機(ji)F100均(jun)(jun)采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)了雙級(ji)設計(ji),這(zhe)種設計(ji),使每級(ji)渦(wo)輪(lun)(lun)的(de)負荷小,渦(wo)輪(lun)(lun)效率要大些,但帶來(lai)零(ling)件多(duo),重(zhong)量(liang)增大的(de)缺點。GE公(gong)司則在(zai)同時(shi)期研(yan)制的(de)發(fa)動(dong)機(ji)(軍(jun)用(yong)(yong)(yong)(yong)F101、F110、F404和民用(yong)(yong)(yong)(yong)CFM56)中,均(jun)(jun)采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)了單(dan)級(ji)高壓(ya)渦(wo)輪(lun)(lun),雖然渦(wo)輪(lun)(lun)效率稍低,但使發(fa)動(dong)機(ji)結構簡單(dan),零(ling)件數,重(zhong)量(liang)輕等。在(zai)F119設計(ji)中,普(pu)惠(hui)公(gong)司一(yi)改以往的(de)作法,采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)了單(dan)級(ji)高壓(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)的(de)設計(ji),這(zhe)一(yi)改變也是為了提高推重(zhong)比。
⒈風扇(shan)3級(ji),第1級(ji)風扇(shan)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)采用(yong)寬弦、空心設計,與用(yong)于B777的(de)PW4084發(fa)動機上的(de)空心葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)結構相同,即葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)由葉(xie)(xie)盆、葉(xie)(xie)背兩(liang)塊(kuai)型板(ban)經擴散連(lian)接(jie)(jie)法連(lian)接(jie)(jie)成(cheng)整體葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian),在連(lian)接(jie)(jie)前(qian),先(xian)將兩(liang)板(ban)接(jie)(jie)合(he)面處縱向地銑出幾條槽道形成(cheng)空腔。這種(zhong)空心葉(xie)(xie)片(pian)(pian)(pian)的(de)空心度較小。
用鈦合(he)金(jin)制(zhi)的(de)3級風扇轉子均(jun)采(cai)用了整體葉(xie)盤(pan)結(jie)構。單個加工好的(de)葉(xie)片用線性(xing)摩(mo)擦焊(han)焊(han)到輪盤(pan)上相應的(de)凸(tu)(tu)塊上(凸(tu)(tu)塊與葉(xie)片底部(bu)均(jun)留有少量(liang)加工余量(liang)),焊(han)好后再將多余的(de)材料(liao)磨去形成完整的(de)整體葉(xie)盤(pan),羅(luo)-羅(luo)公司也采(cai)用這種加工方法。在YF-22進行驗證飛行時(shi)所用的(de)YF119中,僅第2、3級風扇采(cai)用了整體葉(xie)盤(pan)。
為保證風扇(shan)機(ji)匣剛(gang)性均(jun)勻,保持較(jiao)均(jun)勻的(de)葉尖(jian)間隙,風扇(shan)機(ji)匣作(zuo)成整環(huan)的(de),為此,風扇(shan)轉子作(zuo)成可(ke)拆卸的(de),即第2級(ji)盤前、后均(jun)帶鼓環(huan),分(fen)別與第1、3級(ji)盤連接。
風扇進口處采(cai)用了可變彎度的(de)進口導流葉(xie)片,其結構(gou)與F100的(de)類似。第(di)3級靜葉(xie)均采(cai)用了彎曲設計,這種設計也(ye)用于PW4084。
⒉高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣(qi)(qi)機(ji)(ji)6級,采(cai)用(yong)(yong)(yong)高(gao)級壓(ya)(ya)比設計,6級轉(zhuan)子全采(cai)用(yong)(yong)(yong)整(zheng)體葉(xie)盤結(jie)(jie)構。進(jin)口導(dao)葉(xie)與第(di)1、2級導(dao)葉(xie)是可調節的(de),前機(ji)(ji)匣采(cai)用(yong)(yong)(yong)了(le)阻燃"Alloy C"鈦合金以減輕重量。為增加高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣(qi)(qi)機(ji)(ji)出口處(chu)機(ji)(ji)匣(該處(chu)直徑最小,形成了(le)縮(suo)腰(yao))的(de)縱向(xiang)剛性,燃燒室(shi)機(ji)(ji)匣前伸到壓(ya)(ya)氣(qi)(qi)機(ji)(ji)的(de)3級處(chu),使壓(ya)(ya)氣(qi)(qi)機(ji)(ji)后機(ji)(ji)匣具有雙(shuang)層(ceng)結(jie)(jie)構,外層(ceng)傳遞負荷,內(nei)層(ceng)僅(jin)作(zuo)為氣(qi)(qi)流的(de)包容環(huan),這(zhe)種(zhong)結(jie)(jie)構在大型高(gao)涵道比渦扇發(fa)動機(ji)(ji)中得到廣泛(fan)采(cai)用(yong)(yong)(yong)。
⒊燃燒室短環形,火(huo)焰筒為雙層浮壁式,外層為整體(ti)環形殼體(ti),在(zai)(zai)殼體(ti)與(yu)燃氣(qi)接(jie)觸的(de)壁面上(shang)(shang)鉚焊有(you)薄(bo)板,薄(bo)板與(yu)殼體(ti)間留有(you)一(yi)定(ding)的(de)縫隙,使冷卻兩者的(de)空(kong)氣(qi)由縫中流過。為了(le)使薄(bo)板在(zai)(zai)工作中能在(zai)(zai)圓(yuan)(yuan)周(zhou)與(yu)長(chang)度上(shang)(shang)自由膨(peng)脹,薄(bo)板在(zai)(zai)圓(yuan)(yuan)周(zhou)與(yu)長(chang)度上(shang)(shang)均切成一(yi)段(duan)段(duan)的(de),形成多片(pian)瓦(wa)(wa)塊狀(zhuang)的(de)薄(bo)板,因(yin)此這種火(huo)焰筒又可稱(cheng)為瓦(wa)(wa)片(pian)式火(huo)焰筒。
采(cai)用浮壁式火(huo)焰筒可改善火(huo)焰筒的(de)工作條(tiao)件,不僅(jin)可提高火(huo)焰筒的(de)壽命,與燃(ran)氣接觸的(de)瓦片燒壞后還可更換,而且還可使排氣污染物減少。這種結(jie)構(gou)己在V2500、PW4084等民用發動機上采(cai)用。
⒋高壓渦輪(lun)單級(ji),工(gong)作(zuo)葉片用(yong)(yong)普惠公司的(de)(de)第3代單晶材料制成(cheng),采用(yong)(yong)了(le)先進的(de)(de)氣膜冷卻技(ji)術。渦輪(lun)盤采用(yong)(yong)雙(shuang)重熱處(chu)理(li)以(yi)適應外(wai)緣與(yu)輪(lun)心(xin)的(de)(de)不同(tong)要(yao)求(qiu)(qiu),即外(wai)緣采用(yong)(yong)了(le)提高損傷容限(xian)能(neng)力的(de)(de)處(chu)理(li),以(yi)適應榫(sun)槽可能(neng)出現的(de)(de)微裂紋;輪(lun)心(xin)部分則(ze)采用(yong)(yong)提高強度的(de)(de)熱處(chu)理(li),這種在一個零件上(shang)采用(yong)(yong)兩種要(yao)求(qiu)(qiu)不同(tong)的(de)(de)熱處(chu)理(li),實屬罕見。工(gong)作(zuo)葉片葉尖噴涂有(you)一層耐磨(mo)涂層(在XF119上(shang)沒有(you)采用(yong)(yong)),以(yi)減少性(xing)能(neng)的(de)(de)衰退率(lv),這種措施在大(da)型民用(yong)(yong)渦扇發動機中(zhong)應用(yong)(yong)較多。
⒌低(di)(di)壓(ya)渦輪(lun)單(dan)級,與(yu)高壓(ya)渦輪(lun)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)向(xiang)相(xiang)反。這(zhe)種將高、低(di)(di)壓(ya)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子作成對轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)(de)結構(gou),當(dang)飛機機動(dong)飛行時(shi)作用于兩轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子上的(de)(de)陀螺力矩(ju)會相(xiang)互(hu)抵消大(da)(da)部分,因(yin)此可(ke)減少外(wai)(wai)(wai)傳(chuan)到飛機機身的(de)(de)力矩(ju);另外(wai)(wai)(wai),對裝于兩轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子間的(de)(de)中介軸(zhou)承(cheng),軸(zhou)承(cheng)內(nei)、外(wai)(wai)(wai)環轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)向(xiang)相(xiang)反時(shi),會大(da)(da)大(da)(da)降低(di)(di)保(bao)持架與(yu)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子組(zu)合體相(xiang)對內(nei)、外(wai)(wai)(wai)環的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)速,對軸(zhou)承(cheng)的(de)(de)工作有利,但增加(jia)了封嚴的(de)(de)難度。理論上,高、低(di)(di)壓(ya)渦輪(lun)對轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)時(shi),可(ke)以不要低(di)(di)壓(ya)渦輪(lun)導(dao)(dao)向(xiang)器(YF120上即無),但F119上仍然采用了導(dao)(dao)向(xiang)器。低(di)(di)壓(ya)渦輪(lun)輪(lun)盤中心開(kai)有大(da)(da)孔,以便安裝高壓(ya)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)后軸(zhou)承(cheng)(中介軸(zhou)承(cheng)),這(zhe)與(yu)F404、M88發動(dong)機的(de)(de)結構(gou)類似(si)。
⒍加力(li)燃燒室分三區,加力(li)筒(tong)(tong)體采用"Alloy C"阻燃鈦合金以減(jian)輕重(zhong)量,筒(tong)(tong)體內作有隔熱套(tao)筒(tong)(tong),兩者間的縫隙中流過外(wai)涵空(kong)氣對筒(tong)(tong)體進(jin)行(xing)冷(leng)(leng)卻,在(zai)YF119上(shang)采用外(wai)部導管引冷(leng)(leng)卻空(kong)氣對筒(tong)(tong)體進(jin)行(xing)冷(leng)(leng)卻,在(zai)F119上(shang)取消了外(wai)部導管。
⒎尾(wei)噴(pen)管(guan)二元收斂-擴張矢量噴(pen)管(guan),噴(pen)管(guan)上、下(xia)的(de)(de)收擴式(shi)調(diao)節片(pian)(pian)(pian)(pian)可單獨(du)控制喉道與出口(kou)面積,且當上、下(xia)調(diao)節片(pian)(pian)(pian)(pian)同時(shi)向(xiang)(xiang)上或(huo)向(xiang)(xiang)下(xia)擺動時(shi),可改變排(pai)氣流的(de)(de)方向(xiang)(xiang),從而改變推(tui)力的(de)(de)方向(xiang)(xiang)。發動機的(de)(de)推(tui)力能在飛(fei)機的(de)(de)俯仰(yang)方向(xiang)(xiang)±20°內偏(pian)轉,從+20°到-20°的(de)(de)行(xing)程(cheng)中只需1秒鐘。推(tui)力和矢量由(you)雙余度全權限(xian)數字電子控制系統控制,用由(you)煤(mei)油作介(jie)質的(de)(de)作動筒來操縱。調(diao)節片(pian)(pian)(pian)(pian)設計成可減(jian)少雷達散(san)射截面積;為減(jian)少紅外信號(hao),對調(diao)節片(pian)(pian)(pian)(pian)進行(xing)了(le)冷卻。尾(wei)噴(pen)管(guan)也采用"Alloy C"阻(zu)燃鈦合(he)金以減(jian)輕重量。
⒏ 燃(ran)油控制(zhi)系統 為第3代雙余度全(quan)權限數(shu)字(zi)電子(zi)控制(zhi)系統。
⒈維(wei)修(xiu)性在F119設計(ji)中(zhong),特別(bie)強調(diao)(diao)了維(wei)修(xiu)性,例如(ru)大部(bu)分(fen)附件包括燃油泵和控(kong)制系(xi)統(tong)均(jun)(jun)作(zuo)成外場(chang)可更換組(zu)件(LRU),每個LRU拆換時(shi)間不超過(guo)20分(fen)鐘,所用(yong)的(de)(de)工(gong)(gong)具(ju)(ju)僅是(shi)11種標(biao)準手動工(gong)(gong)具(ju)(ju);在外場(chang)維(wei)修(xiu)時(shi)需進(jin)行(xing)拆裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)緊固件不允許(xu)用(yong)保險絲、開口銷;由于(yu)采用(yong)"B"型螺母,擰螺母時(shi)可不采用(yong)限扭扳手;孔探儀(yi)的(de)(de)座(zuo)孔設計(ji)成無螺紋內(nei)置式的(de)(de);所有(you)導管、導線均(jun)(jun)用(yong)不同的(de)(de)顏色予(yu)以區分(fen);滑油箱裝(zhuang)(zhuang)有(you)目視的(de)(de)油位指(zhi)示(shi)器;連接(jie)件作(zuo)成能快卸快裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)結構;自動化的(de)(de)綜合診(zhen)斷系(xi)統(tong);在外場(chang)無須對附件進(jin)行(xing)調(diao)(diao)整與(yu)微(wei)調(diao)(diao);以計(ji)算機為基礎的(de)(de)培(pei)訓系(xi)統(tong);電子技術(即(ji)光盤)文件;具(ju)(ju)有(you)抗外物(wu)擊傷與(yu)抗銹蝕能力;壓(ya)氣機機匣水平對開,以便迅速(su)接(jie)近內(nei)部(bu)零件;所有(you)附件均(jun)(jun)置于(yu)發動機下部(bu)等。由于(yu)采用(yong)了這些措施,使(shi)外場(chang)級(ji)、中(zhong)修(xiu)級(ji)的(de)(de)維(wei)修(xiu)工(gong)(gong)作(zuo)減少75%,基地(di)級(ji)維(wei)修(xiu)所用(yong)的(de)(de)工(gong)(gong)具(ju)(ju)減少60%,平均(jun)(jun)工(gong)(gong)具(ju)(ju)的(de)(de)重(zhong)量減輕40%。
⒉可靠性(xing)(xing)普(pu)惠(hui)在設(she)計F119時,遵循了采(cai)用"經過驗證的(de)(de)(de)技(ji)術",以及使(shi)發動機結構(gou)簡單和(he)零件(jian)數少的(de)(de)(de)原(yuan)則,因此,它(ta)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能較前一代發動機F100有較大提高(gao),也(ye)采(cai)用了一些以前發動機中未(wei)采(cai)用的(de)(de)(de)新技(ji)術,而其(qi)可靠性(xing)(xing)比(bi)F100的(de)(de)(de)要高(gao)。表3表示F119與F100-PW-220相(xiang)比(bi),其(qi)可靠性(xing)(xing)和(he)維修性(xing)(xing)的(de)(de)(de)改進(jin)。
風扇3級軸流式。無(wu)進口導流葉片。風扇葉片為寬弦設(she)計。
壓氣機6級軸流式(shi)。采(cai)用整體葉盤結構。
燃燒室環形。采用浮壁(bi)結(jie)構。
高壓渦(wo)(wo)輪(lun)單級(ji)軸(zhou)流(liu)式。采用第三代單晶渦(wo)(wo)輪(lun)葉片材料(liao)、隔熱涂層和先進冷卻結構。
低壓渦輪(lun)單級(ji)軸流式。與高壓轉(zhuan)子對(dui)轉(zhuan)。
燃燒室整體式。內、外涵道內各設單圈(quan)噴油環(huan)。
尾噴管(guan)二元矢(shi)量收斂(lian)-擴張噴管(guan),在俯仰方向可(ke)作±20°偏轉。
控制系統第(di)三代雙(shuang)余度FADEC。
技術數據
F119-PW-100
F119-PW-100
最大加力(li)推力(li)(N) 173400
中間推力(N) 118000
加(jia)力(li)耗油率[kg/(daN·h)] 2.40(據估算應為1.80~1.90)
中間耗油率[kg/(daN·h)] 0.622(據估算(suan)應為(wei)0.88~0.90)
推重比 10~11.5
涵道比 0.2~0.3
總增壓比 26
渦輪進口溫度(℃) 約(yue)1700
最(zui)大直徑(mm) 1143
長度(mm) 4826
質量(kg) 1360
新技術(shu)、新工藝和新材(cai)料的結晶 普惠(hui)公司研制的F119發動機
F119 Engine for F-22
F119是(shi)美國普(pu)(pu)(pu)惠(hui)公司(si)為(wei)F-22研制的推重比10一級的加(jia)力式渦(wo)扇發(fa)動機,它采用了普(pu)(pu)(pu)惠(hui)公司(si)多(duo)年的經驗和(he)(he)新研究(jiu)的技(ji)術(shu),在結(jie)構和(he)(he)性(xing)能上(shang)代(dai)表了當前最(zui)先進(jin)的戰(zhan)斗機發(fa)動機的水平(ping)。去(qu)年底,普(pu)(pu)(pu)惠(hui)公司(si)為(wei)F-22試飛交付了第一臺生產型(xing)F119發(fa)動機,這標志著F119的工程研制工作即將完成。普(pu)(pu)(pu)惠(hui)公司(si)開始(shi)進(jin)行生產型(xing)F119的耐久(jiu)性(xing)試驗的最(zui)后(hou)階段。該發(fa)動機在結(jie)構和(he)(he)性(xing)能上(shang)較前一代(dai)戰(zhan)斗機發(fa)動機F100有很大(da)(da)提高,而可靠性(xing)、耐久(jiu)性(xing)和(he)(he)維修性(xing)也較前一代(dai)向前邁進(jin)了一大(da)(da)步。