萌虎鲸 24-06-11 17:26
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为啥F119实际推重比不高?为啥某些方向优化的四代机发动机推重比或许不是很重要?你还认为WS-15推重比有11么?让中国最懂F119发动机的男人告诉你:

长期以来,战斗机发动机一直是以提高推重比作为主要发展目标之一,因此第四代发动机采用了大量提高推重比的技术。气动设计方面,提高风扇/压气机级压比以减少级数,相对于第三代发动机级压比提高了5%~10%;提 高单位环面面积流量,相比第三代发动机提高了3%左右,降低转子轮毂比以减小径向尺寸;采用宽弦弯掠叶片气动设计技术保持高压比、高流通能力条件下的风扇/压气机性能。结构设计方面,风扇采用空心叶片、风扇和压气机各级盘采用整体叶盘结构,涡轮盘挡板采用无螺栓结构,燃油和滑油成附件采用集成化设计技术、大幅度减少附件数量以减轻重量。材料应用方面,压气机采用高温钛合金材料、涡轮盘采用粉末合金、涡轮叶片采用第二代单晶涡轮叶片、进气机匣和外涵机匣采用复合材料构件等以减轻重量。

虽然第四代发动机采用了很多难度非常大的提高推重比技术,但从发展趋势上看,从第三代到第四代发动机,推重比的发展呈现放缓甚至是不增长的 趋 势。以F119发 动 机 为 例,美 国 智 库RAND公司公开发表《MilitaryJetEngineAcquisition》报告中,可以发现其推重比只有7.95,仅达到了第三代战斗机动力装置推重比8一级的指标,见 表 1。即 使 如 此,也 绝 对 不 足 以 怀 疑F119发动机仍然 是 当 今 世 界 上 最 先 进 的 第 四 代战斗机动力装置。这是因为第四代发动机很多典型技术特征的实现是与减轻重量相矛盾的:

1、第四代发动机涡轮前温度大幅提高,而热端部件的材料承温能力并没有得到同步提升,为了达到耐久性和寿命要求,构件会设计得更加强壮、冷却用气量需要增加、需要采用隔热涂层等,这些都会使重量增加。

2、发动机安全性设计要求提高,如为满足包容性要求,风扇/压气机机匣重量需要增加。

3、为实现隐身要求,需要从压缩部件引气冷却高温构件,从而导致推力下降,同时采用隐身涂层会使发动机重量增加,造成推重比降低。

4、飞机提供的燃油温度提高,要求发动机燃油附件能够承受更高的温度、具有更强的冷却能力,这就使附件重量增加。

发动机设计单纯追求推重比可能会给安全性和可靠性带来问题。曾经的 F100发动机研制就是一个典型的例子,其装备部队初期频繁发生的故障给发动机设计敲响了警钟。F100发 动机后续衍生型发动机和新研发动机如F119,吸取教训后更注重性能、安全性、可靠性、耐久性、保障性以及成本等的兼顾。

采用大量提高推重比技术,但为了实现性能、隐身、可靠性等方面的需求,所能达到的推重比仅与三代机动力相当。

程荣辉 等《第四代战斗机动力技术特征和实现途径》

与单位耗油率对整机重量的巨大影响相比,发动机推重比高低所带来的数百千克重量差(典型的如考虑1台推力150 kN的发动机,将其推重比从8降到7,仅增重约270 kg) 为相对小量,刻意追求的意义较小。这一判断也同样解释了美国新一代发动机不再提出更高的推重比指标,而是选择发展结构复杂(必然增加重量)的三涵道自适应发动机。

王海峰 《高性能战斗机与发动机协同设计中的关键技术》

发布于 四川