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F-22的發(fā)動機(jī)有多牛?居然每10到15年才需要一次大修

1986年10月,洛克希德·馬丁公司的YF-22和諾斯羅普·格魯門公司的YF-23從五種競爭設(shè)計中脫穎而出,進(jìn)入ATF(先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī))驗(yàn)證機(jī)競爭試飛階段。同時,普惠和通用電氣公司也都各自獲得6臺發(fā)動機(jī)原型機(jī)的研制合同,其中4臺將安裝在YF-22和YF-23上進(jìn)行競爭試飛,剩下兩臺則安裝在F-15上測試。

1990年8月下旬,YF-23搶先首飛,YF-22在一個月后首飛。

 

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通用電氣的YF120是一種革命性的變循環(huán)發(fā)動機(jī),性能優(yōu)秀但也增加了復(fù)雜性。雖然YF120原型發(fā)動機(jī)在YF-22和YF-23上都表現(xiàn)良好,但在1991年4月23日,保守的美國空軍宣布YF-22/YF119組合勝出。根據(jù)官方說法,YF-23在試飛中比YF-22更快,隱身性能更好,而YF-22更敏捷。

 

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普惠看似更簡單的F119的推力比以往的F100和F110發(fā)動機(jī)都大,零件數(shù)卻少了40%,在很大程度上要感謝整體葉盤(IBRS)技術(shù),該發(fā)動機(jī)的三級風(fēng)扇和部分六級壓氣機(jī)都是整體葉盤。與F100和F110的兩級高壓渦輪(HPT)和兩級低壓渦輪(LPT)設(shè)計相比,F(xiàn)119的高低壓渦輪都各僅一級,零件數(shù)減少了一半。

F119在設(shè)計中應(yīng)用了許多先進(jìn)材料、冷卻和空氣動力學(xué)技術(shù),其最大推力目前仍是機(jī)密(官方只說是155.7kN級別),但各種消息表明F119發(fā)動機(jī)的最大推力應(yīng)該在164.6kN-173.5kN范圍內(nèi)。

 

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從前往后看,F(xiàn)119的風(fēng)扇采用寬弦空心鈦合金葉片,取消了葉冠(在較老的渦扇發(fā)動機(jī)中,相鄰葉片的葉冠抵緊后形成一個金屬環(huán),使葉片在風(fēng)扇外圓周以一定間隔排列,起到加強(qiáng)風(fēng)扇的作用)。寬弦葉片提高了F119的效率和壓縮比,也使葉片更耐用。

F119的雙轉(zhuǎn)子對轉(zhuǎn)設(shè)計進(jìn)一步提高了效率,不僅能調(diào)節(jié)從風(fēng)扇(由低壓渦輪驅(qū)動)進(jìn)入壓氣機(jī)的氣流,還提高了壓氣機(jī)效率,并改善了從高壓渦輪進(jìn)入反向旋轉(zhuǎn)低壓渦輪的氣流。

普惠用專利材料“合金C”制造了F119的壓氣機(jī)定子,這是一種耐熱阻燃鈦合金,據(jù)說成分是Ti-35V-15Cr-0.05C,能讓發(fā)動機(jī)運(yùn)行在更高溫度上。F119的加力燃燒室和尾噴管也采用了合金C零件以增加耐用性。

環(huán)形燃燒室內(nèi)襯采用了“浮壁”式火焰筒技術(shù),這種內(nèi)襯由單塊耐熱板組成,每塊都由抗氧化高鈷材料制造,并有壓氣機(jī)引氣冷卻。F119的高壓渦輪葉片由單晶高溫合金材料制造,內(nèi)部有冷卻空氣通路,表面噴涂先進(jìn)熱障涂層。

 

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除超音速巡航外,F(xiàn)-22也被要求具備隱身和敏捷性能,F(xiàn)119發(fā)動機(jī)用二元矢量噴管實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。在全權(quán)限數(shù)字發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的控制下,這個收斂-擴(kuò)散噴管可以向上或向下偏轉(zhuǎn)20度。尾噴管不僅提高了F-22的敏捷性,還降低了飛機(jī)噴氣系統(tǒng)的雷達(dá)和紅外特征。F119是無煙發(fā)動機(jī),也使F-22不易被目視察覺。

F119還被要求維護(hù)量比以前的發(fā)動機(jī)更少,且更易維護(hù)。發(fā)動機(jī)的所有外場可更換單元(LRU)都布置在殼體上觸手可及的位置。發(fā)動機(jī)采用了“緊固件捕獲”技術(shù),任何緊固件在松脫前都會被捕獲,不會進(jìn)入發(fā)動機(jī)導(dǎo)致異物吸入事故(FOD),甚至連螺栓保險絲也是這樣。F119進(jìn)行維護(hù)只需用到六個常用手動工具,發(fā)動機(jī)能被非常輕松地分解成各模塊,替換模塊很容易。

 

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普惠公司在2000年年底開始交付F119,到2012年12月停產(chǎn)時已經(jīng)生產(chǎn)了507臺。F119的大修間隔為4325個累計循環(huán),相當(dāng)于平均每10-15年做一次大修。

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