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F-100 VS F-110,究竟谁才是最强4代机动力包?

时间:2019-11-05 21:31:44

F100进化论

当普惠f100发动机在1972年与麦克唐纳·道格拉斯f-15a老鹰战斗机(MacDonald Douglas f-15a Eagle fighter)一起投入使用时,有些人大胆预测f100将成为西方最成功、最安全的第四代涡扇发动机,但很快就被现实打败了。

经过许多改进,f100-pw-200终于可以使用了。发动机的正常干推力为5634公斤,最大推力为6618公斤,最大推力为10782公斤,大修间隔仅为900次总累计循环(tac)。

f-15e的更换

无论如何,f100在模块化设计和可维护性方面完全改变了战斗机涡轮风扇发动机的设计。F100是旁通比为0.7的轴流式涡轮风扇发动机。发动机具有双转子结构。传动轴轴承承载由两级涡轮(两级高压涡轮和两级低压涡轮)驱动的三级风扇。另一个轴承承载由另一个两级涡轮驱动的10级压缩机。

F100在设计上高度模块化。任何主要模块的设计都是在基座上拆卸和更换,而不是在维护站。其风扇、核心机、低压涡轮、排气喷嘴和附件外壳可以单独拆卸和更换,而无需拆卸发动机的其余部分。

在忍受了近十年f100的可靠性和耐用性问题后,美国空军于1983年启动了“替代战斗机发动机”计划,引进通用电气f110作为f-15和f-16战斗机的替代发动机,这刺激普惠公司开发出一种改进的f100-pw-220。

这种升级后的发动机通过改善压缩机的空气动力学特性和冷却效率以及更有效地将冷却空气从压缩机输送到发动机的热区,极大地提高了可靠性、耐用性和稳定性,从而从根本上解决了发动机失速问题。上述改进将f100-pw-220大修间隔时间增加到4300次总累计周期(tac),相当于大约7年的运行时间。发动机的最大干推力和最大加力推力与-200一致。

f100-pw-220

F100-pw-220还引入了另一项旨在提高发动机安全性和可靠性的重大升级。虽然发动机保留了传统的液压机械控制系统作为备份,但它也引入了新设计的数字电子发动机控制和发动机诊断单元,可以记录整个发动机的性能数据,方便维护和故障排除。这是一项重大创新,使战斗机飞行员可以毫无顾虑地控制油门运动,减少发动机维护工作量。

普惠公司还在生产-220新发动机时推出了-220升级套件。任何先前制造的f100-pw-100和f100-pw-200都可以升级到-220e标准,并且可以直接与新制造的-220互换使用。

为了与通用f110竞争,普惠公司在1989年推出了推力更大的f100-pw-229。最大干推力增加到8074公斤,最大加力推力增加到13227公斤。推力水平已经赶上f110-ge-129。发动机引入了一系列耐久性改进,包括高压压缩机的新涂层,并具有更高的风扇气流和压力,推力比早期f100高22%。1992年交付的f-16开始取代-229发动机,但是由于-229的巨大变化,不能将-200和-220e发动机改造成-229。

f100-pw-229

自20世纪80年代中期以来,由于通用f110的强大推力,它在f-16出口市场占据了很大份额。随着f100-pw-229的出现,普惠公司得以重返出口市场。1991年,韩国选择f100-pw-229装备其许可的f-16,以保持其与早些时候从美国进口的f-16c/d的兼容性。

f100-pw-229的显著特点是喷嘴采用碳纤维整流罩。

F100-pw-229堆芯机

普惠公司还提出了一种面向出口的f100-pw-200发动机。潜在客户是那些装备有-200和-220e发动机f-16但被限制购买-229的外国空军。-200结合了-220风扇、喷嘴和-229数字发动机控制系统,最大推力为12247公斤。

普惠公司于2009年推出f100-pw-229eep(发动机增强套件),通过应用普惠公司第五代战斗机涡轮风扇f119和f135的最新技术,进一步提高f100性能。对-229eep的改进包括来自第五代发动机的自主数字发动机控制、发动机健康监测和传感器技术,以及新的隔热涂层和用于燃烧室和高压压缩机的先进材料。其主要目的是将发动机的大修周期延长至6000次总累计周期(约10年),增加40%,并将每台f100-pw-229eep的寿命周期成本降低30%。-229eep成为美国空军认证的第一台6,000 tac战斗机发动机。

f100的演变

F110上升

在遭遇f100之后,美国空军觉得有必要为f-16找到一种替代发动机。一方面,它是为普惠公司建立一个竞争对手以降低成本;另一方面,当普惠发动机出现故障时,还有第二种选择。为了寻找f-16和海军f-14“雄猫”的替代发动机,1984年,国防部授予通用电气公司一份8000万美元的合同,为试飞制造三个f101衍生战斗机发动机。f101 dfe设计基于b-1轰炸机使用的f101,但结合了f/a-18使用的f404发动机的一些特点。

该项目旨在:

评估f101 dfe、f-16和f-14飞机/发动机在实际飞行中的匹配能力、性能和操作适用性。

通过加速任务测试确定发动机的耐久性。

根据验证能力,提出了生产引擎的模型规范。

如果计划成功,将提供足够的数据,以将进入全面工程开发阶段的风险降至最低。

经过1980年和1981年的广泛测试,发动机达到或部分超过了预期目标。f-16飞机上的飞行试验结果证明,f101 dfe可以安装在飞机上,而没有重大改进。f-14上的飞行试验结果表明,与原tf30发动机相比,飞机的空白时间和作战半径增加了25%。在试飞期间,发动机不需要调整,油门杆的使用不受限制。在1982年12月的一次试验中,证实发动机完成了5004次总累积循环(tac),其热端部件寿命是当时新购买的f100发动机的三倍。

安装了f101 dfe的F-16/101验证机

为f101 dfe安装f-14b验证器

f101 dfe发动机的核心发动机源自b-1b的f101-ge-102、kc-135的cfm56-2和b-2a的f118-ge-101,它们在开发成熟度和推力方面非常合适,可以打破普惠公司自20世纪70年代以来对美国战斗机发动机的垄断。

f101 dfe

基于上述结果,通用电气获得了价值9300万美元的“替代战斗机发动机”项目(afe)为期两年的全面开发合同,从而拉开了伟大发动机战争的序幕。该发动机的官方编号是f110,它与普惠f100的改进版本竞争新生产的f-15和f-16战斗机的动力装置。该综合开发计划的目的是开发一种发动机,该发动机不仅能降低维护成本,而且能为f-15和f-16提供比普惠公司生产的f100-pw-100和f100-pw-200发动机更大的推力。该项目的开发重点是优化系统,确定f-15、f-16和f-14的f110发动机的最终配置,并继续进行高空模拟试验、加速任务试验和各种环境试验。

美国海军决定用dfe取代“Tomcat”tf30涡扇发动机,但美国空军更进一步,于1984年2月决定根据双承包商采购策略,按f100和f110的比例购买f-15和f-16战斗机发动机。在1985年购买的160个单位中,75%是f110,25%是f100。

与f101-ge-100发动机相比,f110有以下变化:风扇从二级变为三级,压力比增加到3.2,直径减小到970毫米,旁通比减小到0.87;为了适应低压转子转速的提高,对低压涡轮进行了重新设计。为了满足战斗机机动飞行的要求,设计过载增加到10。改进了控制系统,增加了备份设备。为了适应f-14、f-16,特别是f-15飞机的机身,对外部尺寸、管道和防冰系统进行了必要的修改。最后但同样重要的是,为了在不牺牲耐用性的情况下减轻重量,除了核心机器之外,几乎所有部件和系统都采取了减轻重量的措施。

f100-ge-100

F110用于f-16机群,只有f100安装在F-15上(F-15E出口型除外)。1985财年,F110发动机安装在30 f-16c/d座。此后,美国空军购买的75%的F-16安装了通用电动发动机,其余安装了普惠发动机。然而,同一个机翼不会配备不同发动机的f-16,因为这将增加备件和后勤费用。

F-16 block 30战斗机首次装备f110

F110进化理论

F110具有三级风扇、九级高压压缩机、环形燃烧室、第一级高压涡轮和第二级低压涡轮。f-16 block30/40配备了最大推力为12,700公斤的f-110-ge-100。通用电气还为美国海军的F-14B/D提供了相同推力水平的f110-ge-400,普惠公司早期的f100-pw-100发动机大修间隔仅为900 tacs,美国空军认为-200不够可靠,而通用电气的f110-ge-100可以达到4000 tacs的大修间隔。

安装f110-ge-400的f-14d

此后,通用电气推出f110-ge-129,将汽轮机进汽温度提高了55 ~ 80℃,提高了转速,改进了材料,采用了全功率数字电子控制系统,检修间隔增加到4,300 tac。-129的最大推力增加到13,336公斤,大量安装在f-16 40/50和f-15e出口型号上,使其成为目前产量最大的f110型号。

f110-ge-129

f110的下一个上推版本是f110-ge-132,它将成为阿联酋80 f-16区块60的动力装置。该型号使用加力燃烧室火焰稳定器取代了以前的喷杆,并结合了耐久性的提高,如所有三级风扇都被集成叶片盘和复合旁路外壳所取代。-132推力增加到14,742公斤,其使用寿命达到4,300 tac,即使在阿联酋恶劣的沙漠环境中。

f110-ge-132

在将f110-ge-100和-129的可靠性分别提高到4,000 tacs和4,300 TACs之后,通用电气开始为f110-ge-129开发使用寿命延长计划(slep),将发动机的可靠性提高到6,000 TACs,也就是将大修间隔从7年延长到10年。

F110-ge-129slep采用了世界上最常见的商用涡扇发动机CFM 56-7的一些技术,包括可以改善压缩机气流的三维空气动力学改进(以提高效率以及转子和结构寿命);在燃烧室中增加冷却通道,使其使用寿命延长一倍;涡轮叶片和涡轮级的空气动力学、材料和冷却的改进提高了耐用性;修改加力燃烧室设计,以增加耐久性,减少维护和提高可维护性。有趣的是,对-129slep核心机的改进也可以应用于f101和f118系列的任何发动机,例如美国空军正在进行的b-1b轰炸机的f101-ge-102发动机升级。

通用电气的通用核心机器战略非常成功

与slep同时进行的改进项目是持续部件改进计划(cip),该计划旨在持续提高发动机耐久性,减少维护和管理工作量。此次升级将使用ge90大型商用涡扇发动机技术,为f110引入新的涡轮和燃烧室设计改进,以提高发动机在高温和恶劣环境下运行的耐用性和可靠性。

没有失败者的战争

f100和f110之间的竞争已经将两个第四代战斗机涡轮风扇推向成熟,推力和可靠性也在不断提高。

迄今为止,普惠公司已经生产了7,300多台f100发动机,仍有3,900多台发动机在使用,来自23个国家和地区的空军正在操作这种发动机。通用电气f110的总产量超过3200台,目前f110似乎处于劣势。然而,f110-ge-129在发动机选择上多次以较低的价格、维护成本和较高的推力击败f100-pw-229,并获得沙特f-15sa、卡塔尔f-15qa、美国空军f-15ex和f-16v战斗机的订单。它的生产线将持续超过f100年。

将使用f110-ge-129的f-15ex。

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