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自适应循环技术与下一代战斗机发动机

发布时间:2016-01-18  原作者:晨枫   点击数:

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  现代战斗机通常采用涡扇发动机作为动力。涡扇发动机在涡喷发动机的基础上增加了风扇,风扇压缩空气后,一部分通过核心发动机,和燃料混合燃烧后,形成高温高压燃气,向后喷射而形成推力;另一部分绕过核心发动机,直接和核心发动机喷出的高温高压喷气混合,形成合成的推力。旁通空气的流道称为外涵道,通过核心发动机的流道就称为内涵道,外涵道和内涵道的空气流量之比称为涵道比,也称流量比或者旁通比。涡桨相当于涵道比无穷大的涡扇。

典型的涡扇结构
典型的涡扇结构

发动机大战

  与涡喷相比,涡扇的推力大,省油,但迎风阻力大,喷气速度低,不利于高速飞行。所以战斗机涡扇发动机通常都采用低涵道比,在省油、大推力和迎风阻力、喷气速度之间折中。1968年开始研制的普拉特·惠特尼F100是第一代成功的低涵道比涡扇发动机,采用了单元体、单晶叶片等先进技术,1969年7月验证机首次运转,1970年4月获得美国空军的选用,1972年7月24日,装用F100发动机的F-15首飞,1976年1月开始作战使用。由于冷战军备竞赛的压力,F-15战斗机需要抢先投入使用,扭转苏联米格-23等新一代战斗机投入使用后对中欧美国空军造成的压力,F100没有经过适当的成熟化就投入使用,早期F100的可靠性十分糟糕,为此导致F-15大面积停飞,严重影响了战斗力。与此同时,单发的F-16也选用F100发动机,使美国空军对发动机可靠性问题更加忧心,而普拉特·惠特尼处于事实垄断的地位,成为美国空军高低两端第三代战斗机发动机的唯一供应来源。美国空军要求改善F100的可靠性和增加推力,但在军方拨款不到位的情况下,普拉特·惠特尼百般推托。1979年,美国国会在密集听证之后,决定拨款启动第二发动机供应来源,指令通用电气研制同一等级的发动机,这就是在B-1轰炸机的F101涡扇的核心发动机基础上研制的F110涡扇发动机。

  通用电气在和普拉特·惠特尼竞争F-15的发动机时落选,但研制的F101涡扇发动机成为一代经典,其核心发动机不仅成为F110的基础,也成为民航世界中高度成功的CFM56的基础。在美国的两大发动机公司之间,普拉特·惠特尼比较善于短平快,用较低风险抢先推出适用的高性能发动机;而通用电气走豪华路线,追求技术完美和超前,技术风险较大,也经常后发一步,但这后发的一步引发了所谓“发动机大战”。

  在1985到1990财年之间,美国空军在通用电气F110和普拉特·惠特尼F100之间竞争招标。F-15从F-15E开始,可以和F100或者F110相容,但美国空军所有的F-15统统使用F100,只有韩国和新加坡的F-15E改型使用F110。F-16从Block 30开始,可以和F100或者F110相容,发动机大战主要围绕F-16的发动机进行。1985财年,美国空军订购了160台发动机,其中F110为120台,F100为40台,通用电气占75%;1986财年,F110为184台,F100为159台,通用电气占54%;1987财年,F110为205台,F100为160台,通用电气占56%。普拉特·惠特尼从事实垄断一变为屡居下风,直到1988财年之后才扭转,F110为147台,F100为181台,普拉特·惠特尼占55%;1989财年,F110为100台,F100为159台,普拉特·惠特尼占61%;1990财年是发动机大战的最后一年,F110为39台,F100为70台,普拉特·惠特尼再占上风,为64%。6年中,通用电气夺取51%的订单,普拉特·惠特尼49%。美国总审计署估计,竞争节约了30%的累计采购费用,并节约了16%的累计运行和支援费用。全寿命成本则降低21%。


GE F110发动机剖视图

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