F100发动机简介

F100 涡轮风扇发动机 F100 涡轮风扇发动机 牌 号 F100 用 途 军用涡扇发动机 类 型 涡轮风扇发动机 国 家 美国 厂 商 普拉特 惠特尼公司 生产现状 生产 装机对象 F100 PW 100 F 15A B 和早期 F 15C D F100 PW 200 F 16A B G F100 PW 220 F 16C D F 15C D 后期 和 F 15E F100 PW 220E F 16 F 15C D 后期 和 F 15E F100 PW 220P 所有 F100 发动机装备的飞机 F100 PW 229 所有 F100 发动机装备的飞机 IPE 94 F 15 和 F 16 的未来改进型 研制情况 1968 年美国空 海军空中优势战斗机计划要求大幅度提高发动机推重比 和改善进气道与发动机的匹配性 同时 美国国防部作出了采用同一个核心 机发展两种发动机的决定 美国空 海军在1968 年 4 月联合提出了一项为 期 18 个月的初始工程发展计划 要求普 惠公司和通用电气公司各制造和试 验一台验证机 发动机的核心要能同时满足空 海军的要求 普 惠公司以 JTF22 核心发动机为基础 为发展空 海军用的两种发动机进行投标 JTF22 是在 JTF16 验证机基础上发展的 验证机在 1969 年 7 月首次运转 1970 年 3 月在和通用电气公司的 GE1 10 发动机竞争中普 惠获胜 空军于 1970 年 4 月与普 惠公司签订 2 75 亿美元的 成本加奖励 合同 该合同 规定若成本超过或低于合同 则超过或低于部分由空军和公司按90 10 比 例分摊 但后来由于实际费用超过计划费用很多 在1971 年 7 月增加合同 金额 1 22 亿美元 对用于飞行试验和生产型发动机则按 固定价格加奖励 的办法 空军和公司之间按 75 25 比例分摊 F100 发动机用于研制的费用 为 4 75 亿 用于部件改进的计划费用约 6 66 亿 这样 该发动机从开始研 制到 1984 年 15 年内总计花费 11 亿美元 F100 发动机是世界上最早投入使用的推重比达8 一级军用发动机 在 发动机参数选择中注重提高发动机性能 采用 两高一低 策略 即增压 比高 涡轮前温度高和涵道比低 在材料上采用了高强度重量比 耐高温的 合金 F100 也是首次使用单元体结构的战斗机发动机 它由5 个单元体组 成 各单元体都可更换 F100 PW 100 发动机在使用中出现了许多可靠性 耐久性和维修性方面 的问题 曾一度使美国前线战斗机处于停飞的危险中 为此 普 惠公司投 入大量改进改型资金 采取一系列措施 发展出了F100 PW 220 发动机 基本解决了 F100 PW 100 存在的问题 可靠性 耐久性和维修性得到很大改 善 在与通用电气公司 F110 发动机争夺装备 F 15 和 F 16 的 战斗机发动 机大战 中 开始时处于不利地位 经改进后这两种发动机各有千秋 为与 通用电气公司性能改进型 F110 GE 129 竞争 普 惠公司也在 F100 PW 220 的基础上研制了性能改进型 F100 PW 229 F100 PW 100 1970 年 3 月开始全面工程研制 1972 年 2 月进行 60h 飞行前规定试验 1973 年 10 月通过 150h 定型试验 1974 年 11 月交付空 军使用 F100 PW 200 为适应单发飞机的需要作了一些修改 采用复式燃油泵 和备份控制系统或数字式发动机控制系统 F100 PW1115 F100 发动机的无加力燃烧室的改进型 F100 PW 220 采用了新型风扇和压气机 改进了低压涡轮 数字式发 动机电子控制系统 加力燃烧室和加力燃烧室双点火系统 提高了核心机寿 命 通过采用数字式发动机电子控制系统 使发动机在整个飞行包线内或发 动机寿命期内无推力衰减 并可连续监控发动机状态 F100 PW 220E 通过采用一套改型组件可以把早期的 F100 发动机改进 成具有标准构形的 F100 PW 220 发动机 使早期的 F100 发动机具有与 F100 PW 220 发动机相同的可靠性 维修性和适用性 同时降低发动机的生 产费用 采用了最先进的热端部件 数字式发动机电子控制系统 齿轮式主 燃油泵和发动机诊断装置 1987 年 10 月在 F 16 上做了首次飞行试验 1988 年投入使用 F100 PW 220P F100 PW 220E 的改进型 以前称为 F100 PW 220E 1991 年中期开始改进工作 它是将 F100 PW 229 发动机的风扇 喷 管 改进的数字式发动机电子控制系统和先进的低压涡轮材料应用到 F100 PW 220 和 F100 PW 220E 中 F100 PW 229 F100 的推力增长型 也称为 F100 改进性能发动机 F100 PW 229 IPE 或 PW1129 该发动机采用提高了效率的核心机 增加流 量的风扇 多区燃烧的加力燃烧室 寿命为2000h 的齿轮式燃油泵和提高了 能力的数字式电子控制系统 检修间隔为4000h 循环 此发动机准备用于 F 15E 战斗机 1989 年 5 月在 F 16 飞机上首次飞行 1989 年后期完成定型 试验 1990 年 4 月和 5 月第一台生产标准型 F100 PW 229 分别在 F 16 和 F 15E 飞机上做了飞行 1991 年初投入使用 IPE 92 F100 PW 229 IPE 的发展型 推力提高 888daN 或在较低的 涡轮进口温度下可提高发动机的使用寿命 风扇部分直径大约比F100 PW 229 增大 2 5mm 流量由 112kg s 增大到 114kg s 总增压比 34 所有修改 都是在现有风扇机匣直径内进行的 所以动力装置的安装与100 PW 229 的 相同 IPE 94 F100 PW 229 IPE 的发展型 采用了大直径宽弦风扇和高温涡 轮部件 空气流量比 F100 PW 229 增加 13 为了适应风扇尺寸的增大 安 装了较大的中介风扇机匣 加力燃烧室长度缩短150mm 以保持发动机在 F 15E 和 F 16C D 飞机上尺寸不变 1991 年秋开始发动机的地面试验 F401 F100 PW 100 发动机的改进型 推力 13340daN 1972 年 9 月开 始试验 1973 年 9 月 12 日装在 F 14B 飞机上试飞 后因飞机研制费超支 F 14B 飞机停止发展 F401 计划也撤消 结构和系统 进 气 口 皮托管式钛合金进气口 有 21 个可变弯度的进口导流叶片 导流叶片前缘固定 通热空气防冰 后缘可调 风 扇 3 级轴流式 钛合金制成 最大转速 10400r min 前 2 级转 子叶片有叶中阻尼凸台 材料为 Ti6 6 2 盘材料为 Ti8 1 1 轴用 Ti6 4 电子束焊接而成 F100 PW 220 采用了较高流量的风扇 F100 PW 229 的风 扇采用损伤容限设计 高 压 压 气 机 10 级轴流式 前 3 级整流叶片可调 转子由锻造盘叠成 采用热等静压工艺 1 3 级盘由锻造钛合金制成 第 4 级盘材料为 PW1016 第 5 7 和 9 为耐高温镍基合金 第 6 8 和 10 为热等静压的 IN100 1 4 级转子叶片材料为钛合金 5 9 级为耐热镍铬铁合金 第 10 级为耐高温镍基合金 压比 8 0 F100 PW 220 增设一增压级并将压气机的 总寿命提高到 4000h 最大转速 13450r min F100 PW 229 的压气机采用损 伤容限设计 燃 烧 室 短环形 无烟 燃烧室喷嘴安装在燃烧室前部 电容器放电 点火 F100 PW 220 采用双通路喷嘴 材料为 Haynes 188 钴基合金 F100 PW 229 采用浮壁式火焰筒 高压涡轮 2 级轴流式 第 1 级采用冲击冷却 第 2 级对流冷却 第 1 级转子叶片和导向器叶片材料为定向凝固镍基合金MAR M200 加 PWA73 涂 层 F100 PW 220 和 F100 PW 229 的导向器叶片由 PW1480 合金改进成 PW1484 单晶合金 涡轮转子叶片外封严材料为 PW1485 低压涡轮 2 级轴流式 第 1 级非冷却转子叶片材料 PW1484 单晶合金 盘为 IN100 涂层为 PWA73 F100 PW 229 的转子叶片为定向凝固材料 加 力 燃 烧 室 可变面积的燃油喷嘴以最小的压力实现软点火 外涵道采用 带钛合金桁条的加强壳结构 衬筒为有陶瓷涂层的Haynes 188 钴基材料 喷 管 平衡梁式收敛 扩张型 控制系统 F100 PW 100 和 200 为机械液压式 控制燃油和喷管面积 并具有电子监控能力 F100 PW 220 采用汉密尔顿标准公司的数字式电子控制系统 燃油泵由 TRW 森德斯特德和汉密尔顿标准公司提供 F100 PW 229 为全权数字式电 子控制系统 具有综合诊断和与飞机控制系统交联的能力 技术数据 最大加力推力 daN F100 PW 100 10590 200 10590 220 10590 220E 10570 229 12890 220P 12010 IPE 92 13778 IPE 94 16000 中间推力 daN F100 PW 100 6520 220 220E 6526 229 7918 220P 7429 加力耗油率 kg daN h F100 PW 00 2 31 200 2 30 220 2 21 229 2 00 最大连续耗油率 kg daN h F100 PW 100 0 720 200 0 720 220 0 700 229 0 660 推重比 F100 PW 100 7 8 200 7 7 220 7 4 220E 7 2 229 7 9 IPE 94 9 5 空气流量 kg s F100 PW 100 101 1 200 101