F110系列发动机在美国航空发动机发展史上具有重要意义。它满足了F15、F16、F14三种主力战机的需求,其无加力燃烧室成为B2隐形轰炸机的动力,也是从核心发动机衍生出来的型号。通过F110发动机的发展,美国不再牺牲耐用性和可靠性来减轻重量。***重要的是,通过F110,建立航空发动机研制的竞争机制,形成相互鼓励的良性循环。
评论:0 发布时间: 2023-04-12 浏览: 389
F110可以说是一个转折点。美国通过发展,与世界拉开距离,从那时到今天一路领先。我国太行发动机核心发动机借鉴CFM56-3,是F110核心发动机GE9的旁系衍生型号之一,但太行系列发动机***今没有达到F110的高度。
F110系列中的F110-GE-132发动机
从宏观上看,F110系列的研发有三个特点:注重耐久性,走风险更低的衍生路线,推动竞争机制的建立。这三点才是F110存在的***大意义,而不是推力、推重比和涡轮前的温度。以下是我对这三个特点的分析,如有不足之处希望大家指正:
先看耐用性和可靠性。三代机由于机动性有了质的提高,在空战中要不断大规模地运转发动机,油门要频繁地从***低转到***大,也就是要不断地开加力:起飞、爬升、冲向战场、机动摆脱、离开战场。这里要引入热机循环次数的概念,热机循环次数是指喷气发动机从启动到***大油门再回到***小推力的一段时间。据说三代机运行2000小时后,发动机已经累计10360个发动机循环,即平均开启力每小时5次以上,即每10分钟就要推一次。这虽然有些夸张,但反映出三代机面临的是完全不同的空战环境。
三代机的机动性得到了***的提高,对发动机提出了严格的要求。
而普惠的TF30和F100并不是按照这么高的热机循环数设计的,所以热端部件老化过快甚***叶片断裂,直接导致F15成为“机库女***”。
F110充分吸收了F100的教训,在设计之初就考虑了使用寿命。其原型号F110-GE-100每大修间隔可达4000次发动机循环,远大于F100-PW-100的900次循环,还有很大的改进潜力。在F110系列后续的改进中,充分利用新技术、新工艺、新材料,充分发掘了不同型号的理论寿命。比如F110-GE-129发动机的维修间隔时间提高到了2000小时,总寿命达到了6000小时左右,与飞机相差无几,大大领先于世界上其他同类军用航空发动机。
虽然太行发动机热端部件的使用寿命据说是1500小时,冷端部件的设计寿命是3000小时,但仍然只有F110-GE-129的一半左右,所以我们还有很长的路要走。
看衍生能力。F110系列走了低风险核心机衍生的道路。核心发动机顾名思义是指航空发动机的核心部件,主要包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮。可以看出,核心发动机主要包括航空发动机的高压部件和热端部件。毫无疑问,剩下的风扇、低压涡轮、加力燃烧室、尾喷管不属于核心机,属于低压部件。所谓核心机衍生品,就是以一台***的核心机为基础,根据相似理论进行放大或缩小,再与相应的低压元器件进行匹配,从而发展成一系列不同功率的功率器件,满足不同的需求。
GE9是F110系列的核心发动机,其衍生机型不仅满足B1、B2、F15、F16、F18的功率要求,而且广泛应用于客机的CMF56大涵道比涡扇发动机和几乎世界各地的LW2500燃气轮机都与GE9有很深的关联。
F110系列发动机的家谱
除了一台***的核心发动机,核心发动机衍生的所有部件都要尽可能标准化、模块化,这对材料、工艺、质量管理都提出了很高的要求。自由搭配的前提是生产出来的零件要有足够的一致性,否则一个零件用在其他发动机上会“水土不服”。F100在设计之初就高度模块化,其风扇、核心发动机、低压涡轮、尾喷管和附件机匣可以分别拆卸和更换。
太行发动机虽然有过几个改进型号,但大多都是直接型号,旁系型号都没有出现过,甚***连非加力版本都没有见过。有说涡扇20的核心发动机源自太行,但没有证据。好在太行核心发动机衍生的QC70小型燃气轮机已经批量装备726A中型气垫登陆艇,开了个好头。
歼16装备的***新太行改型发动机
***后,F110促进了发动机研制竞争机制的形成。F110出现之前,除了F100发动机,第三代还用了F14的TF30,但是推力不到10吨,可靠性也很有问题,而且还是普惠的,所以可以看出F100和TF30根本没有竞争力。
所以,面对军方反馈的F100可靠性差的问题,普惠公司把责任归咎于空军过度操作,而不是他们的产品。即使经过多次谈判,普惠公司拒绝承担责任。由于问题长期得不到解决,美国海空军的三种新机型F-14、F-15、F-16都面临着停飞或无发动机可用的局面,这是一家独大的必然结果。
于是在1983年,美国空军启动了“替代战斗机发动机”计划,引进GE F110作为F-15和F-16战斗机的替代发动机,而且进展顺利,一举打破了普惠公司对美国战斗机动力的垄断。市场竞争同时带来了效率和创新。受刺激的普惠公司很快推出了F100-PW-220改型,长期未能解决的可靠性、耐久性和稳定性问题顿时改观。F100-PW-220大修之间的热机循环次数也在***短时间内从900次增加到4300次。
通用普惠两大发动机巨头之争的***大受益者是美国军方。
但是,中美之间的差距是***大的。在很长一段历史时期内,我国都把发动机视为飞机的附庸,严重低估了航空发动机发展的规律和难度。虽然这种情况通过航空发动机集团公司的成立得到了改善,但还没有形成类似两大巨头在战斗机研发上竞争的局面。鉴于航空发动机研制任务艰巨,中国***少应该在主力战机动力研发上形成相对竞争,避免一家独大的局面,同时也是鼓励。
总之,在推力、总压比、推重比等循环参数方面。,太行的改进版并不逊色于F110,甚***超过了它,但在寿命、衍生能力、对R&D机构的驱动力等方面还远远达不到F110系列发动机的高度,这也是中美航空发动机的***大差距。
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