1983年9月,美國(guo)空軍同時(shi)授予(yu)普·惠公(gong)司(si)和通用(yong)(yong)電(dian)氣公(gong)司(si)金額各為(wei)2億美元,為(wei)期50個月的(de)(de)(de)(de)驗(yan)(yan)證(zheng)機合(he)同。普·惠公(gong)司(si)的(de)(de)(de)(de)PW5000是(shi)一種強調(diao)應用(yong)(yong)成熟技術的(de)(de)(de)(de)常(chang)規設(she)計;而通用(yong)(yong)電(dian)氣公(gong)司(si)的(de)(de)(de)(de)GE37則是(shi)一種新(xin)穎的(de)(de)(de)(de)變(bian)循環發動機,其(qi)(qi)涵道比可在(zai)0~0.25之間變(bian)化。后來,這(zhe)兩種驗(yan)(yan)證(zheng)機分別編(bian)號為(wei)YF119和YF120,并于1986年10月和1987年5月開始地面試驗(yan)(yan)。經過廣(guang)泛(fan)的(de)(de)(de)(de)地面試驗(yan)(yan)和安(an)裝在(zai)YF-22和YF-23上(shang)的(de)(de)(de)(de)初步飛行試驗(yan)(yan)后,1991年4月,F-22/F119組合(he)被選中。據美軍方有(you)關人士談(tan)到(dao)選擇F119的(de)(de)(de)(de)原因(yin)(yin)時(shi)說,F120技術復雜,尚未經實際驗(yan)(yan)證(zheng),因(yin)(yin)而研制(zhi)風(feng)(feng)險較(jiao)大(da),而且變(bian)循環設(she)計也增加了結構和控(kong)制(zhi)系統的(de)(de)(de)(de)復雜性和重量,因(yin)(yin)而維修(xiu)比較(jiao)困難,壽命期費用(yong)(yong)較(jiao)高。在(zai)選擇時(shi),風(feng)(feng)險和費用(yong)(yong)是(shi)主要考慮,技術先進性沒有(you)起到(dao)關鍵(jian)作用(yong)(yong)。在(zai)此之前,F119已積(ji)累3000多(duo)地面試驗(yan)(yan)小時(shi),其(qi)(qi)中1500h帶(dai)二元矢量噴管試驗(yan)(yan)。
在F119上采用(yong)的(de)(de)新技術主要有(you):三(san)維(wei)粘性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)葉(xie)輪(lun)(lun)機(ji)設(she)計方法(fa)、整體(ti)葉(xie)盤結(jie)(jie)構(gou)、高紊流度強(qiang)旋流主燃燒(shao)室頭部、浮(fu)壁燃燒(shao)室結(jie)(jie)構(gou)、高低(di)壓渦(wo)輪(lun)(lun)轉(zhuan)向相反、整體(ti)式(shi)加(jia)力(li)(li)燃燒(shao)室設(she)計、二元矢量噴(pen)管和(he)(he)第三(san)代(dai)雙余(yu)度FADEC。此外(wai)(wai),還(huan)采用(yong)了耐溫(wen)1070~1100℃的(de)(de)第三(san)代(dai)單晶渦(wo)輪(lun)(lun)葉(xie)片(pian)材(cai)料(liao)、雙性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)熱處理渦(wo)輪(lun)(lun)盤、阻燃鈦合(he)金AlloyC、高溫(wen)樹(shu)脂基材(cai)料(liao)外(wai)(wai)涵機(ji)匣以及用(yong)陶瓷基復合(he)材(cai)料(liao)或碳-碳材(cai)料(liao)的(de)(de)一些靜止(zhi)結(jie)(jie)構(gou)。在研(yan)(yan)制中(zhong)(zhong),注意了性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)與可靠性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、耐久性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)維(wei)修(xiu)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)之間的(de)(de)恰當平衡。與F100-PW-220相比,F119的(de)(de)外(wai)(wai)場可更換件拆卸率(lv)(lv)、返修(xiu)率(lv)(lv)、提(ti)前換發(fa)率(lv)(lv)、維(wei)修(xiu)工時(shi)、平均(jun)維(wei)修(xiu)間隔時(shi)間和(he)(he)空中(zhong)(zhong)停車率(lv)(lv)分(fen)別改(gai)進50%、74%、33%、63%、62%和(he)(he)29%。新的(de)(de)四階段研(yan)(yan)制程序和(he)(he)綜合(he)產(chan)品研(yan)(yan)制方法(fa)保證發(fa)動機(ji)研(yan)(yan)制結(jie)(jie)束時(shi)即具有(you)良好的(de)(de)可靠性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、耐久性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)維(wei)修(xiu)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)并能(neng)(neng)順利(li)轉(zhuan)入批量生產(chan)。在研(yan)(yan)制中(zhong)(zhong),為滿足提(ti)高推力(li)(li)的(de)(de)要求而增大風扇直徑,還(huan)遇到了風扇效(xiao)率(lv)(lv)低(di)、耗油率(lv)(lv)高和(he)(he)低(di)壓渦(wo)輪(lun)(lun)應力(li)(li)大的(de)(de)問題。預計,1994年中(zhong)(zhong)開始(shi)初(chu)步飛行試(shi)驗,此時(shi)F119將(jiang)再積累3000地面試(shi)驗小時(shi)。1997年交付第1臺生產(chan)型發(fa)動機(ji),裝(zhuang)F119的(de)(de)F-22戰斗機(ji)將(jiang)于2002年具備初(chu)步作(zuo)戰能(neng)(neng)力(li)(li)。
1982年(nian),美國空(kong)軍(jun)提(ti)出"先(xian)進戰(zhan)術戰(zhan)斗機(ji)(ji)(ji)(ji)(ATF)"計(ji)劃(hua),當時,洛克希德(de)、波音、通用(yong)動(dong)(dong)力(li)(li)公(gong)司(si)聯合(he)提(ti)出的(de)(de)YF-22方(fang)案與(yu)諾(nuo)斯(si)羅普、麥道(dao)公(gong)司(si)聯合(he)提(ti)出的(de)(de)YF-23方(fang)案參(can)與(yu)投標(biao)競爭(zheng),發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)方(fang)面則有美國普惠(hui)與(yu)GE公(gong)司(si)為(wei)(wei)此(ci)分(fen)別(bie)提(ti)出推(tui)(tui)(tui)(tui)重比(bi)為(wei)(wei)10一級、推(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)為(wei)(wei)133.6千牛的(de)(de)PW5000(XF119)、GE37(X120)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)參(can)加(jia)競爭(zheng)。XF119零組件的(de)(de)生(sheng)產始于1985年(nian)9月,第1臺(tai)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)FX601于1986年(nian)10月進行(xing)首次臺(tai)架試車。為(wei)(wei)了進行(xing)飛機(ji)(ji)(ji)(ji)飛行(xing)評估(gu),兩(liang)公(gong)司(si)又分(fen)別(bie)發(fa)(fa)(fa)展了用(yong)于飛行(xing)試驗的(de)(de)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)YF119、YF120。經過(guo)幾年(nian)的(de)(de)開發(fa)(fa)(fa)研制后,1990年(nian)6月、9月YF-23、YF-22相繼首飛并進行(xing)對(dui)比(bi)試飛驗證(zheng)評估(gu),1991年(nian)4月23日美國空(kong)軍(jun)宣布選中(zhong)裝普惠(hui)公(gong)司(si)YF119的(de)(de)YF-22作為(wei)(wei)ATF的(de)(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)型。1991年(nian)8月F-22進入"工程制造(zao)和發(fa)(fa)(fa)展(EMD)"階段(duan)。從此(ci),飛機(ji)(ji)(ji)(ji)被(bei)命(ming)名(ming)為(wei)(wei)F-22,發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)被(bei)命(ming)名(ming)為(wei)(wei)F119。在ATF研制過(guo)程中(zhong),飛機(ji)(ji)(ji)(ji)重量與(yu)阻力(li)(li)均增(zeng)(zeng)加(jia)較多,為(wei)(wei)此(ci),要求發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)推(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)相應提(ti)高近17%,即最大推(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)(加(jia)力(li)(li)推(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li))要求為(wei)(wei)156千牛,中(zhong)間推(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)(不加(jia)力(li)(li)時最大狀(zhuang)態下的(de)(de)推(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li))為(wei)(wei)105千牛,F119采取了將(jiang)XF119的(de)(de)風扇直徑稍作增(zeng)(zeng)加(jia)以(yi)提(ti)高15%的(de)(de)風扇空(kong)氣流(liu)量,來滿足推(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)增(zeng)(zeng)大的(de)(de)要求,為(wei)(wei)此(ci),發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)涵道(dao)比(bi)由0.25增(zeng)(zeng)至0.3。
XF119、YF119在進(jin)(jin)入(ru)EMD階(jie)段前總共完成(cheng)了(le)(le)3000余小時(shi)的(de)整機(ji)試車(che)(che),到1998年(nian)(nian)6月(yue)共進(jin)(jin)行(xing)了(le)(le)8000余小時(shi)。當轉入(ru)EMD階(jie)段時(shi)(1991年(nian)(nian)8月(yue)3日(ri)),普惠公司獲(huo)得研制(zhi)9臺(tai)F119試驗發(fa)(fa)動機(ji)與(yu)33臺(tai)飛行(xing)試驗發(fa)(fa)動機(ji)的(de)13.75億美元的(de)EMD合同(tong)。按當時(shi)空軍需要(yao)2000套以上的(de)動力(li)裝置(包(bao)括備件(jian))來計(ji)算,普惠公司將(jiang)獲(huo)得120億美元的(de)收入(ru)。1992年(nian)(nian)12月(yue)17日(ri)首(shou)臺(tai)EMD F119發(fa)(fa)動機(ji)首(shou)次(ci)試車(che)(che),1997年(nian)(nian)9月(yue)7日(ri)裝F119-PW-100的(de)F-22首(shou)飛,從此,F119-PW-100開(kai)始了(le)(le)長(chang)達(da)數年(nian)(nian)的(de)飛行(xing)試驗計(ji)劃。
F119的主要性(xing)能參數(shu)為(wei):最大(da)推力156千(qian)牛,中間推力105千(qian)牛,總(zong)壓比35,涵道(dao)比0.3,渦輪前溫(wen)度1577℃~1677℃,最大(da)直徑1.13米(mi),長度4.826米(mi),重(zhong)量1360千(qian)克。與(yu)普惠公司為(wei)第3代(dai)戰(zhan)斗(dou)機(ji)(ji)F-15、F-16研制的推重(zhong)比為(wei)8一級的F100發(fa)動機(ji)(ji)相比,F119在總(zong)級數(shu)、零件數(shu)、推重(zhong)比等均(jun)有(you)較大(da)的改進,見(jian)表1。
與F119相競爭的(de)(de)(de)YF120發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)為(wei)變循(xun)環(huan)發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji),在第(di)(di)2級風(feng)扇后(hou)有(you)一(yi)可(ke)調外(wai)涵(han)出(chu)氣環(huan),在高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)氣機(ji)(ji)中,第(di)(di)1級轉(zhuan)子葉片作得較(jiao)長,其后(hou)有(you)一(yi)外(wai)涵(han)出(chu)氣環(huan),在發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)工作時(shi),第(di)(di)1級高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)氣機(ji)(ji)后(hou)的(de)(de)(de)放氣環(huan)始終打開(kai),因此,第(di)(di)1級高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)氣機(ji)(ji)轉(zhuan)子起到風(feng)扇的(de)(de)(de)作用。在低(di)(di)工況下(xia),風(feng)扇的(de)(de)(de)可(ke)調外(wai)涵(han)放氣環(huan)打開(kai),使涵(han)道(dao)比加(jia)大以(yi)獲(huo)得低(di)(di)的(de)(de)(de)耗(hao)油(you)率;在大工況時(shi),該放氣環(huan)關(guan)閉,發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)成(cheng)為(wei)小(xiao)涵(han)道(dao)比渦(wo)扇發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji),以(yi)增加(jia)單(dan)位(wei)推(tui)力(li)。由于YF120的(de)(de)(de)風(feng)扇、壓(ya)(ya)(ya)氣機(ji)(ji)均比F119少(shao)1級,且高(gao)(gao)(gao)、低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)間無導向葉片,因此它比F119少(shao)5排(pai)葉片。表2列出(chu)了YF120和YF119在結(jie)構上的(de)(de)(de)主要差別。
在F119總體結(jie)構設計中,與(yu)普惠公(gong)司以往(wang)的(de)(de)發動機相比,有二個(ge)突(tu)出的(de)(de)變化,一是高壓轉子支撐方式改用了GE公(gong)司慣用的(de)(de)形式,二是高壓渦輪采用了單級。
普惠公(gong)司(si)在60年代后期開始研制的民用發(fa)動機(ji)(ji)(JT9D、PW2037、PW4000)及軍用發(fa)動機(ji)(ji)(F100)中(zhong),高壓(ya)(ya)轉子均采用1-1-0支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)方式(shi),即高壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣機(ji)(ji)前(qian)為(wei)滾珠(zhu)軸(zhou)承(cheng)(cheng),后支(zhi)(zhi)(zhi)點(dian)設(she)在高壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)前(qian),高壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)是(shi)懸臂(bei)(bei)支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)的,該軸(zhou)承(cheng)(cheng)的負荷是(shi)通過(guo)燃燒室(shi)機(ji)(ji)匣傳出的。這(zhe)(zhe)種(zhong)設(she)計不僅使發(fa)動機(ji)(ji)承(cheng)(cheng)力(li)框(kuang)架(jia)數多,而且(qie)(qie)高壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)軸(zhou)由于(yu)要裝軸(zhou)承(cheng)(cheng)使軸(zhou)徑(jing)小、且(qie)(qie)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)盤是(shi)懸臂(bei)(bei)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)的,給轉子動力(li)學設(she)計帶(dai)來(lai)困難。GE公(gong)司(si)的發(fa)動機(ji)(ji)(軍用的有(you)F101、110、F404,民用的有(you)CFM56)中(zhong),高壓(ya)(ya)轉子則(ze)采用了(le)1-0-1支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)方式(shi),即轉子的后支(zhi)(zhi)(zhi)點(dian)設(she)在高壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)后,且(qie)(qie)采用了(le)中(zhong)介(jie)軸(zhou)承(cheng)(cheng),即該軸(zhou)承(cheng)(cheng)的外(wai)環(huan)固定于(yu)高壓(ya)(ya)轉子上(shang),內環(huan)固定于(yu)低壓(ya)(ya)轉子上(shang),這(zhe)(zhe)種(zhong)布局(ju)不僅可減少一(yi)個承(cheng)(cheng)力(li)框(kuang)架(jia),而且(qie)(qie)高壓(ya)(ya)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)軸(zhou)軸(zhou)徑(jing)可作得很(hen)大,增加了(le)轉子剛(gang)性,它的缺(que)點(dian)是(shi)中(zhong)介(jie)軸(zhou)承(cheng)(cheng)的潤滑與封嚴較為(wei)復雜些。
普(pu)惠公司(si)在(zai)F119發(fa)動機的(de)總體設計中(zhong),一改以往的(de)作法,將(jiang)高(gao)壓轉子的(de)支撐方(fang)式(shi)改用(yong)(yong)了GE公司(si)慣用(yong)(yong)的(de)1-0-1且后支點為(wei)中(zhong)介軸承(cheng)的(de)方(fang)式(shi),在(zai)該公司(si)最(zui)新的(de)民(min)用(yong)(yong)發(fa)動機PW8000中(zhong)也采用(yong)(yong)了1-0-1高(gao)壓轉子支撐方(fang)式(shi),這一設計變化,值得注意。
高(gao)壓(ya)(ya)渦輪的(de)(de)(de)設計(ji)(ji)中(zhong)(zhong),普惠公(gong)司在60年(nian)代(dai)后期(qi)開始研制的(de)(de)(de)發動機(ji),例如它(ta)的(de)(de)(de)大型民用發動機(ji)JT9D、PW2037、PW4000以(yi)(yi)及軍用發動機(ji)F100均(jun)采(cai)用了雙級(ji)設計(ji)(ji),這種設計(ji)(ji),使每級(ji)渦輪的(de)(de)(de)負(fu)荷(he)小,渦輪效率(lv)要大些,但(dan)帶(dai)來零件(jian)多(duo),重(zhong)量(liang)增大的(de)(de)(de)缺點。GE公(gong)司則(ze)在同時期(qi)研制的(de)(de)(de)發動機(ji)(軍用F101、F110、F404和(he)民用CFM56)中(zhong)(zhong),均(jun)采(cai)用了單級(ji)高(gao)壓(ya)(ya)渦輪,雖然(ran)渦輪效率(lv)稍低,但(dan)使發動機(ji)結構(gou)簡單,零件(jian)數,重(zhong)量(liang)輕等(deng)。在F119設計(ji)(ji)中(zhong)(zhong),普惠公(gong)司一改以(yi)(yi)往的(de)(de)(de)作法,采(cai)用了單級(ji)高(gao)壓(ya)(ya)渦輪的(de)(de)(de)設計(ji)(ji),這一改變也是為了提(ti)高(gao)推重(zhong)比。
⒈風扇3級,第1級風扇葉(xie)(xie)片(pian)(pian)采用寬弦、空心設(she)計,與用于B777的PW4084發動機上的空心葉(xie)(xie)片(pian)(pian)結構相同,即葉(xie)(xie)片(pian)(pian)由葉(xie)(xie)盆(pen)、葉(xie)(xie)背(bei)兩(liang)塊(kuai)型(xing)板經擴散(san)連(lian)接(jie)法連(lian)接(jie)成(cheng)整體葉(xie)(xie)片(pian)(pian),在連(lian)接(jie)前,先將兩(liang)板接(jie)合面處縱向(xiang)地銑出幾(ji)條槽道形成(cheng)空腔(qiang)。這種空心葉(xie)(xie)片(pian)(pian)的空心度較小。
用(yong)鈦合金制(zhi)的3級風扇轉子(zi)均(jun)采(cai)用(yong)了整(zheng)體葉(xie)盤(pan)(pan)結(jie)構。單個加(jia)工好的葉(xie)片(pian)用(yong)線性摩擦焊焊到輪盤(pan)(pan)上相應的凸塊(kuai)上(凸塊(kuai)與葉(xie)片(pian)底部均(jun)留有少量加(jia)工余(yu)量),焊好后再將多余(yu)的材料磨去形成完整(zheng)的整(zheng)體葉(xie)盤(pan)(pan),羅-羅公司(si)也采(cai)用(yong)這種(zhong)加(jia)工方法。在YF-22進行驗證(zheng)飛行時所用(yong)的YF119中,僅第2、3級風扇采(cai)用(yong)了整(zheng)體葉(xie)盤(pan)(pan)。
為保證風扇(shan)機匣(xia)剛性均(jun)(jun)勻,保持較均(jun)(jun)勻的(de)(de)葉(xie)尖間隙(xi),風扇(shan)機匣(xia)作(zuo)成(cheng)整環的(de)(de),為此,風扇(shan)轉子作(zuo)成(cheng)可拆卸的(de)(de),即第(di)2級盤(pan)(pan)前、后(hou)均(jun)(jun)帶(dai)鼓環,分(fen)別與(yu)第(di)1、3級盤(pan)(pan)連接。
風扇進口處采用了(le)可變彎(wan)度(du)的(de)進口導流葉(xie)片,其結構(gou)與F100的(de)類似(si)。第3級(ji)靜葉(xie)均采用了(le)彎(wan)曲設計,這種設計也用于PW4084。
⒉高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣機(ji)(ji)6級(ji)(ji),采(cai)用(yong)高(gao)級(ji)(ji)壓(ya)(ya)比(bi)設計,6級(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)全采(cai)用(yong)整體(ti)葉(xie)盤結(jie)構。進口導(dao)(dao)葉(xie)與(yu)第1、2級(ji)(ji)導(dao)(dao)葉(xie)是可調節的(de)(de),前機(ji)(ji)匣(xia)(xia)采(cai)用(yong)了阻燃"Alloy C"鈦(tai)合金以減輕重量(liang)。為增(zeng)加(jia)高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣機(ji)(ji)出口處(chu)機(ji)(ji)匣(xia)(xia)(該處(chu)直(zhi)徑最小,形成了縮腰)的(de)(de)縱向剛性,燃燒室機(ji)(ji)匣(xia)(xia)前伸(shen)到壓(ya)(ya)氣機(ji)(ji)的(de)(de)3級(ji)(ji)處(chu),使壓(ya)(ya)氣機(ji)(ji)后機(ji)(ji)匣(xia)(xia)具有(you)雙層(ceng)結(jie)構,外層(ceng)傳遞負(fu)荷,內(nei)層(ceng)僅作為氣流的(de)(de)包容環(huan),這(zhe)種結(jie)構在大型(xing)高(gao)涵道比(bi)渦扇發動(dong)機(ji)(ji)中得到廣泛采(cai)用(yong)。
⒊燃燒(shao)室(shi)短環形(xing),火(huo)(huo)焰筒(tong)(tong)為雙層浮壁式,外層為整體(ti)(ti)環形(xing)殼(ke)(ke)體(ti)(ti),在殼(ke)(ke)體(ti)(ti)與燃氣接觸的(de)(de)壁面上(shang)鉚焊有薄(bo)(bo)板(ban),薄(bo)(bo)板(ban)與殼(ke)(ke)體(ti)(ti)間(jian)留有一定(ding)的(de)(de)縫隙,使(shi)冷卻兩者的(de)(de)空氣由(you)(you)縫中流過。為了使(shi)薄(bo)(bo)板(ban)在工作(zuo)中能(neng)在圓(yuan)周與長(chang)度(du)上(shang)自(zi)由(you)(you)膨脹,薄(bo)(bo)板(ban)在圓(yuan)周與長(chang)度(du)上(shang)均切(qie)成(cheng)一段段的(de)(de),形(xing)成(cheng)多片瓦塊狀的(de)(de)薄(bo)(bo)板(ban),因此這種火(huo)(huo)焰筒(tong)(tong)又可稱(cheng)為瓦片式火(huo)(huo)焰筒(tong)(tong)。
采(cai)(cai)用浮(fu)壁式(shi)火焰筒(tong)可改(gai)善火焰筒(tong)的工作條件,不僅(jin)可提高火焰筒(tong)的壽命,與(yu)燃氣接觸(chu)的瓦片燒壞后還可更換,而(er)且還可使排(pai)氣污染物(wu)減少。這種結(jie)構己在V2500、PW4084等民(min)用發(fa)動機上采(cai)(cai)用。
⒋高壓渦(wo)輪單(dan)級,工(gong)作葉(xie)片(pian)(pian)用(yong)(yong)(yong)(yong)普(pu)惠(hui)公司的(de)第3代單(dan)晶材(cai)料制成,采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)了先進(jin)的(de)氣(qi)膜冷卻技術。渦(wo)輪盤(pan)采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)雙重熱(re)處(chu)理(li)(li)以適應外(wai)緣與輪心的(de)不同要求,即外(wai)緣采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)了提(ti)(ti)高損傷容限(xian)能(neng)力的(de)處(chu)理(li)(li),以適應榫槽可能(neng)出(chu)現的(de)微裂紋;輪心部分則采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)提(ti)(ti)高強度的(de)熱(re)處(chu)理(li)(li),這種在(zai)一個零件(jian)上采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)兩(liang)種要求不同的(de)熱(re)處(chu)理(li)(li),實屬罕見。工(gong)作葉(xie)片(pian)(pian)葉(xie)尖噴涂有一層(ceng)耐磨涂層(ceng)(在(zai)XF119上沒有采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)),以減少性能(neng)的(de)衰(shuai)退(tui)率,這種措施在(zai)大(da)型民用(yong)(yong)(yong)(yong)渦(wo)扇發動(dong)機中應用(yong)(yong)(yong)(yong)較多。
⒌低壓(ya)渦(wo)(wo)輪單級,與(yu)高壓(ya)渦(wo)(wo)輪轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)向(xiang)相(xiang)反。這種(zhong)將高、低壓(ya)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)作成對(dui)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)結構(gou),當飛機(ji)機(ji)動(dong)飛行(xing)時作用(yong)(yong)于兩(liang)(liang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)上的(de)陀螺力(li)矩(ju)會相(xiang)互抵消(xiao)大部(bu)分(fen),因(yin)此可減少(shao)外(wai)傳到飛機(ji)機(ji)身的(de)力(li)矩(ju);另外(wai),對(dui)裝于兩(liang)(liang)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)間的(de)中介(jie)軸(zhou)承(cheng)(cheng),軸(zhou)承(cheng)(cheng)內、外(wai)環轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)向(xiang)相(xiang)反時,會大大降低保持架(jia)與(yu)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)組合體(ti)相(xiang)對(dui)內、外(wai)環的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)速,對(dui)軸(zhou)承(cheng)(cheng)的(de)工作有(you)利(li),但(dan)增加了封(feng)嚴(yan)的(de)難度(du)。理論上,高、低壓(ya)渦(wo)(wo)輪對(dui)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)時,可以不要低壓(ya)渦(wo)(wo)輪導向(xiang)器(YF120上即無),但(dan)F119上仍(reng)然采用(yong)(yong)了導向(xiang)器。低壓(ya)渦(wo)(wo)輪輪盤中心開有(you)大孔,以便安裝高壓(ya)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)后(hou)軸(zhou)承(cheng)(cheng)(中介(jie)軸(zhou)承(cheng)(cheng)),這與(yu)F404、M88發動(dong)機(ji)的(de)結構(gou)類似。
⒍加力(li)燃燒(shao)室分三區,加力(li)筒(tong)(tong)體(ti)采(cai)用"Alloy C"阻燃鈦合金以減輕(qing)重量(liang),筒(tong)(tong)體(ti)內作有隔熱(re)套筒(tong)(tong),兩者間的縫隙中流過外涵(han)空(kong)氣對筒(tong)(tong)體(ti)進(jin)行冷(leng)卻,在YF119上(shang)采(cai)用外部導管(guan)引冷(leng)卻空(kong)氣對筒(tong)(tong)體(ti)進(jin)行冷(leng)卻,在F119上(shang)取消了外部導管(guan)。
⒎尾噴管(guan)二(er)元收斂-擴(kuo)張(zhang)矢量(liang)噴管(guan),噴管(guan)上、下的(de)(de)(de)(de)收擴(kuo)式調(diao)節片可(ke)單獨控(kong)(kong)制(zhi)喉道與出口面積,且當上、下調(diao)節片同時(shi)向(xiang)上或向(xiang)下擺動時(shi),可(ke)改變排氣流的(de)(de)(de)(de)方向(xiang),從而改變推力的(de)(de)(de)(de)方向(xiang)。發動機(ji)的(de)(de)(de)(de)推力能在飛機(ji)的(de)(de)(de)(de)俯仰方向(xiang)±20°內偏(pian)轉,從+20°到-20°的(de)(de)(de)(de)行(xing)程中只需(xu)1秒鐘。推力和矢量(liang)由雙余(yu)度(du)全權限(xian)數(shu)字電子控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)控(kong)(kong)制(zhi),用由煤油(you)作介質的(de)(de)(de)(de)作動筒來操縱(zong)。調(diao)節片設(she)計(ji)成可(ke)減少雷達散射截面積;為(wei)減少紅外信號,對調(diao)節片進(jin)行(xing)了冷卻。尾噴管(guan)也采用"Alloy C"阻燃鈦合金以減輕重(zhong)量(liang)。
⒏ 燃油控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong) 為第3代雙(shuang)余度全(quan)權(quan)限數字電(dian)子控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)。
⒈維(wei)修性在(zai)F119設計中(zhong)(zhong),特(te)別強調(diao)了維(wei)修性,例如大部(bu)分附(fu)件(jian)(jian)包括燃油泵和(he)控制系(xi)統均作(zuo)成外(wai)場可更換組件(jian)(jian)(LRU),每個LRU拆(chai)換時間不(bu)超過(guo)20分鐘,所用(yong)的(de)(de)(de)工(gong)具僅(jin)是11種標(biao)準手動工(gong)具;在(zai)外(wai)場維(wei)修時需進行拆(chai)裝(zhuang)的(de)(de)(de)緊固件(jian)(jian)不(bu)允許用(yong)保險絲、開(kai)口銷;由(you)于采用(yong)"B"型螺母,擰螺母時可不(bu)采用(yong)限(xian)扭扳(ban)手;孔探(tan)儀的(de)(de)(de)座孔設計成無螺紋(wen)內(nei)置式的(de)(de)(de);所有(you)(you)導管、導線均用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)顏色予(yu)以(yi)區分;滑油箱裝(zhuang)有(you)(you)目(mu)視的(de)(de)(de)油位指示(shi)器;連接件(jian)(jian)作(zuo)成能快卸快裝(zhuang)的(de)(de)(de)結構;自(zi)動化的(de)(de)(de)綜(zong)合診斷系(xi)統;在(zai)外(wai)場無須(xu)對附(fu)件(jian)(jian)進行調(diao)整與微調(diao);以(yi)計算機為基礎的(de)(de)(de)培(pei)訓(xun)系(xi)統;電子技術(即光盤)文(wen)件(jian)(jian);具有(you)(you)抗(kang)外(wai)物擊傷(shang)與抗(kang)銹蝕能力(li);壓氣(qi)機機匣水平對開(kai),以(yi)便迅速接近內(nei)部(bu)零件(jian)(jian);所有(you)(you)附(fu)件(jian)(jian)均置于發(fa)動機下(xia)部(bu)等。由(you)于采用(yong)了這些措施,使外(wai)場級(ji)(ji)、中(zhong)(zhong)修級(ji)(ji)的(de)(de)(de)維(wei)修工(gong)作(zuo)減少(shao)75%,基地級(ji)(ji)維(wei)修所用(yong)的(de)(de)(de)工(gong)具減少(shao)60%,平均工(gong)具的(de)(de)(de)重量減輕40%。
⒉可靠性普惠在設計F119時,遵循了采(cai)用"經過驗證的(de)技術",以及使發動(dong)機(ji)結構簡單(dan)和零件數少的(de)原則,因此,它的(de)性能較前(qian)一代發動(dong)機(ji)F100有(you)較大(da)提高,也采(cai)用了一些以前(qian)發動(dong)機(ji)中未采(cai)用的(de)新技術,而其(qi)可靠性比F100的(de)要高。表3表示F119與F100-PW-220相(xiang)比,其(qi)可靠性和維(wei)修性的(de)改進(jin)。
風扇3級(ji)軸流式(shi)。無進口導流葉片。風扇葉片為寬弦設計。
壓(ya)氣機6級(ji)軸流(liu)式。采用整體葉盤(pan)結(jie)構。
燃燒室環(huan)形。采用浮壁結構。
高壓渦輪單級軸流(liu)式。采用第三代單晶渦輪葉片材料、隔(ge)熱涂層和先(xian)進冷卻結構。
低壓(ya)渦輪(lun)單級(ji)軸流式(shi)。與高壓(ya)轉子對轉。
燃燒室整體式。內、外涵(han)道內各(ge)設單(dan)圈噴油環。
尾(wei)噴管二元矢量收斂-擴(kuo)張噴管,在俯仰方(fang)向可(ke)作±20°偏轉。
控制(zhi)系統第(di)三代(dai)雙余度FADEC。
技術數據
F119-PW-100
F119-PW-100
最大加力(li)推力(li)(N) 173400
中間推(tui)力(N) 118000
加力耗(hao)油率[kg/(daN·h)] 2.40(據(ju)估(gu)算應為(wei)1.80~1.90)
中間耗油率(lv)[kg/(daN·h)] 0.622(據估算應為0.88~0.90)
推重比 10~11.5
涵道比 0.2~0.3
總增壓比 26
渦輪(lun)進口(kou)溫度(du)(℃) 約1700
最大直徑(jing)(mm) 1143
長度(mm) 4826
質量(kg) 1360
新技術(shu)、新工藝和新材料的結晶 普惠公司(si)研制的F119發(fa)動機
F119 Engine for F-22
F119是(shi)美國(guo)普(pu)惠公(gong)司為F-22研制的(de)推重比10一級的(de)加力式渦扇發動(dong)(dong)機(ji)(ji),它(ta)采用了(le)(le)普(pu)惠公(gong)司多(duo)年(nian)的(de)經驗和新研究的(de)技(ji)術,在(zai)結構和性(xing)能上代表了(le)(le)當前(qian)最(zui)(zui)先進的(de)戰(zhan)斗(dou)機(ji)(ji)發動(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)水平(ping)。去年(nian)底,普(pu)惠公(gong)司為F-22試飛交付了(le)(le)第一臺生產(chan)型(xing)F119發動(dong)(dong)機(ji)(ji),這標志著(zhu)F119的(de)工程研制工作(zuo)即將完成。普(pu)惠公(gong)司開(kai)始(shi)進行(xing)生產(chan)型(xing)F119的(de)耐久(jiu)性(xing)試驗的(de)最(zui)(zui)后階段。該發動(dong)(dong)機(ji)(ji)在(zai)結構和性(xing)能上較前(qian)一代戰(zhan)斗(dou)機(ji)(ji)發動(dong)(dong)機(ji)(ji)F100有很大提(ti)高(gao),而可靠性(xing)、耐久(jiu)性(xing)和維修(xiu)性(xing)也較前(qian)一代向前(qian)邁進了(le)(le)一大步。