枭龙之心:中国曾打算引进美制PW1120发动机

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导读:枭龙之心:中国曾打算引进美制PW1120发动机

四种国外发动机的对比


超7当初的设计考虑就是为了弥补歼7的不足,满足巴基斯坦对先进战斗机的需要。为了适应这一需要,美英发动机生产商也拿出了各自的方案。但对于“佩刀”Ⅱ及后来由歼7的机头进气改用两侧进气的超7来说,前文所述的涡喷7乙发动机推力已经不能满足要求。事实上,当时中国另一种机头进气改两侧进气的战斗机歼8Ⅱ也已经更换了发动机,由涡喷7甲改为涡喷13A II。但就其性能水平而言,涡喷13的推力还远远不能满足超7的需要,巴基斯坦显然也不会对其产生兴趣。而80年代正是中国和西方关系最好的蜜月期,超7选用西方动力也成为中巴两国的不二选择。


1987年初,美国普拉特·惠特尼公司的国际项目主任斯蒂芬·哈金斯率团到北京参加座谈会,提出了三个方案供中巴选择:


PW1120 这是一种连续放气式涡喷发动机,是F100涡扇发动机的改型。普·惠公司当时研制PWll20,主要是考虑与F404和RB199发动机的推力增大型竞争下一代战斗机的动力,因此为了减小研制风险,选用了F100的核心机进行研制,两者有60%的部件可以通用。以色列首先于1981年决定采用PW1120作为其新型“狮”(Lavi)单发战斗机的动力装置,取代曾考虑过的F404发动机(事实上,F404也是超7考虑的第二种动力)。理由是PWll20的推力比F404大1800公斤,有利于提高“狮”的作战性能;另外考虑到通用性问题,以色列已经采购配装F100的F-15和F-16战斗机,所以选择PWll20作为“狮”的动力是最明智的决定。


除此以外,当时的F4战斗机也考虑后继型号选用PWll20。F-4的标准动力装置是50年代研制的J79发动机,虽然其性能很好,而且配装了多种战斗机和攻击机,但确实已经老迈,无法满足20世纪末的空战需求。PW1120恰恰能弥补J79在推力上的不足,满足F-4的增推需求。就性能来看,PWll20相比J79长度短了1.3米,因此可以装在F4的发动机舱里;加力推力增长15%,不加力推力增长14%;重量减轻26%,推比增加了55%;加力耗油率降低5.6%,不加力耗油率降低5.0%。


PW1120的主要设计特点是:①低压压气机的设计采用PW1128发动机和普·惠其他验证发动机上的机械和气动技术,与F100风扇设计的主要不同点是电子束焊的钛合金盘鼓转子、低展弦比叶片(部件试验证明,其级增压比和级负荷虽都有提高,但叶片强度仍能满足要求)、静子结构及一个减少零件数量的整体机匣,并全面改善了低压压气机的可维护性。与F100相比增加了失速裕度,在整个飞行包线范围内移动油门杆不受限制;为保证飞行安全,低压压气机的机匣设计成对全部叶片有包容能力;低压压气机的可维护性特点是拆下进气道后就可以从前面拆卸、更换低压压气机静子和转子叶片,而不需要从’发动机上拆下整个低压压气机。


②低压涡轮。由于PW1120涵道比减小,其进口空气流量大约减少到F100的75%,因此PW1120可以去掉第二级低压涡轮并减少零件数量。无冷却的低压涡轮盘、工作叶片和导向叶片使用了与F100发动机相同的材料,并使冷部件的寿命达到4000小时,热部件寿命达到2000小时,与通用的热端部件4000TAC相符合。工作叶片和导向叶片分别采用PW1142定向凝固合金和INl00镍基合金,为保证飞行安全,低压涡轮机匣设计成能包容全部叶片。


③加力燃烧室和喷管。PW1120涡轮喷气发动机为单股流加力,与F100的双股流混合加力(即内外涵混合加力)相比,其加力燃烧室和喷管结构简单而且重量轻,长度也有所减少。PW1120采用了普通的“V”型槽火焰稳定器和5圈径向间隔喷油环构成的分区供油系统,以获得均匀的燃油浓度分布。喷油环的几何形状和连续供油的调节,使加力响应时间和分区转换时的压力突升峰值减至最小。单个“V”型槽火焰稳定器包括整体的辐射状内部和外部辐式稳定器,并以最小的阻塞使加力燃烧室效率达到最高。从内槽尾锥体的支撑给火焰稳定器以必需的稳定性,以抵抗不对称气动载荷,并对高频和低频起振动阻尼器的作用。为提高安全性,PW1120发动机安装了双重点火系统和点火检测器,不仅提高可靠性,而且还提供了满足每个点火器需要的局部点火油气比:一个最适合于海平面点火,而另一个则最适宜于高空低马赫数状态点火。


点火检测器能够防止由于延迟点火或加力燃烧室熄火之后,再点火而伴随产生的高压力突升。点火检测器在发现加力燃烧室不点火时即终止加力燃烧室供油,并将发动机恢复到中间推力状态。在熄火情况下,不需要飞行员任何动作,自动切断加力燃烧室供油;发动机恢复到中间推力状态后再恢复加力状态。PW1120为可调收敛一扩散喷管,与F100发动机相比,其喷管长度短、结构简单、重量轻。收敛和扩散喷管面积的变化由3个F100型发动机的球型-螺杆气动马达作动器,沿槽形轨道驱动同步收敛调节片的收放来实现。无冷却的外部扩散调节片有收敛调节片牵动,使预定的面积比随收敛喷口的位置变化。


④主燃烧室与F100的基本相同,但采用涡流嘴式燃油喷嘴,改善了燃油雾化质量,提高了燃烧效率,并采取增强冷却效果的措施。


⑤高压涡轮采用单晶叶片代替F100的定向凝固叶片,第一级叶片采用莲蓬头式冷却方案,以改善冷却效果和延长寿命;第二级导向器加强了冷却以降低热应力,第二级叶片也作了适当改进,整个高压涡轮部件的耐久性比F100有所提高,达到2500次循环。为F100研制的新涡轮部件同样可应用到PW1120上,据称可将涡轮寿命循环提高到5500次。


⑥由低压压气机连续引气15.5%,这股气流经燃烧室机匣、涡轮机匣、加力筒体和喷管外壁排出,对上述部件进行冷却。PWll20之所以称为连续放气式,即由此得名。上述改进不仅可以使PWll20在与F100相同的最高温度下工作,而且在飞行包线的大部分区域内其工作温度低于F100,但性能指标未降。这不仅延长了发动机使用寿命,还降低了寿命故障率、减少了维护费用。新发动机还将继续从执行中的F100发动机部件改进计划中获得收益,进一步降低寿命期费用。



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