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一、引言 作為美國最先進的隱形戰機：「猛禽」F-22戰鬥機，已經在2001年完成了全部的研發，並於2005年開始正式服役，這也是世界上第一種服役的第五代戰鬥機。F-22戰機從誕生起就成了行業的標桿，超機動性、超音速巡航、超視距攻擊、良好的隱身性能構成了現代五代機的4S標準。 ...F-22戰機 F-22的超機動性與超音速巡航都在很大程度上都得益於其裝備的F119-PW-100（以下簡稱F119）先進的的渦扇發動機。F119也是當今世界上，最為先進的航空發動機。時至今日，它仍然是世界戰鬥機動力裝置的領頭羊，並直接影響了21世紀前幾十年戰鬥機發動機的發展方向。 二、F119發動機的研發概況 1980年，在世界航空領域擁有先進地位的美國空軍，率先在國際上提出了先進戰術戰鬥機發動機的概念。於是，在次年的5月份，美國空軍就向有關工業部門，頒布了要研製的先進戰術戰鬥機的需求，這些需求包含了不加力狀態下的超音速巡航、1500英尺的短距離起降、推力矢量控制等。同時，還邀請了美國各大航空發動機公司共同出席討論會議，並進行有效競爭。 ...F119發動機剖視圖 與F119相競爭的YF120發動機為變循環發動機，YF120的風扇、壓氣機均比F119少1級，且高低壓渦輪間無導向葉片，因此YF120比F119少5排葉片。YF120發動機在2級風扇後有一可調節的外涵出氣環，在高壓壓氣機中，第一級工作葉片做得比較長，稱之為核心機傳動的風扇，其後有流向外涵的出氣環，在工作中始終是打開的。在低工況時，兩個外涵道均打開，使涵道比加大以獲得低的耗油率；在大工況時，2級風扇後的可調節放氣環關閉，發動機成為小涵道比渦輪風扇發動機，以增加單位推力。風扇到核心機間的壓力匹配是通過裝在加力燃燒室前的可變面積涵道引射器將外涵氣流引向加力燃燒室來達到。可變面積涵道引射器除對加力燃燒室隔熱屏進行冷卻外，還將外涵多餘的氣流引射到尾噴管喉道前的排氣氣流中，以加大推力。 ...YF120發動機 不過在長達11年不斷的研發和實驗之後，在1991年4月，美國空軍部正式宣布，普惠公司在動力系統的競爭當中全面勝出，原因是因為，該公司在技術方案和成本方面，擁有絕對的優勢。此後的8月份，普惠公司成功製造了9臺驗證發動機，並進行了長達7400小時的驗證實驗，最終首臺EMD型F119發動機在1992年11月開始進行試驗，首次飛行試驗則在1996年7月完成。一直到2005年12月，F119發動機完成了所有必要的測驗和評估，正式裝備F-22戰機。 三、F119發動機技術分析 1、完備的檢測系統 F119發動機的總重量達到了1360千克，渦輪前燃氣溫度達到了1850-1950K。F119發動機主要包含了風扇、低壓渦輪、尾噴管、核心機、加力燃燒室、附件傳動機匣等6個不同的單元體，同時，還有全權限數字電子控制系統，以及發動機檢測系統等，主要是為了隨時監控發動機是否會出現突然故障，保障發動機的正常運行。 ... 2、特殊的風扇葉片 F119當中的第一級風扇葉片，採用了寬弦、空心設計而成，整個葉片由葉盆和葉背兩塊性板經過擴散連接法，連接成為完整的葉片，在連接前，先將兩板結合處縱向挖出幾條明顯的槽道，並形成空腔。鈦合金制的三級風扇轉子則是均採用整體葉盤結構 , 運用線性摩擦焊的加工方法來實現。 為了保證風扇機匣剛性能夠實現完全的一致、葉尖間隙均勻，風扇機匣特意設計成了整環的、風扇轉子也做成了可拆卸的，也就是說二級盤前後均帶鼓環，它們分別與一、三級盤連接。 ...F119的第一級風扇葉片示意圖 F119發動機的高壓壓氣機還運用了進口導葉與一、二級導葉可調節的設計而成，前機匣運用Alloy C阻燃鈦合金，以降低整體的重量，此外，為了能夠增加高壓壓氣機出口處機匣的縱向剛性，整個燃燒室機匣選用了雙層結構來打造，即外層是傳遞負荷用的，內層則僅僅作為氣流的包容環使用。後來，這種設計被廣泛運用在了大型的渦輪風扇發動機當中。 3、F119發動機的渦輪 F119發動機的高壓渦輪工作葉片，其選用的是普惠公司的第三代單晶材料製作而成，擁有先進的氣膜冷卻技術。渦輪盤採用了雙重熱的處理方式，用來適應外緣與輪芯的不同要求，外緣部分採用了提高損容限能力的熱處理，整個輪芯的部分，則選用了提高強度的熱處理。值得注意的是，這種在一個零件上，同時選用兩種要求的熱處理的辦法，直到現在都相當罕見。 ... F119發動機的低壓渦輪了，整個低壓渦輪和高壓渦輪的轉向剛好完全相反，因此，當整個戰鬥機在做機動飛行的時候，作用於兩轉子上的陀螺力矩會大部分進行相互抵消，在這樣的作用力下，就能夠減少外傳到飛機機身上的力矩了。另外，對裝在兩轉子中間的中介軸承，當軸承內外的轉向是相反的時候，將能夠大大降低保持架與滾子組合體的相對內外環轉速，也就是說，能夠增強封嚴的難度。 4、F119發動機的尾噴管 F119發動機的尾噴口可以上下偏轉，從而改變噴氣方向，使得飛機獲得額外的控制力矩這就是所謂的推力矢量技術。其突出特點是控制力矩與發動機緊密相關，而不受飛機本身姿態的影響。不採用推力矢量技術的飛機，發動機的噴流都是與飛機的軸線重合的，產生的推力也沿軸線向前，這種情況下發動機的推力只是用於克服飛機所受到的阻力，提供飛機加速的動力。利用氣動舵面進行操縱的常規飛機在迎角超過20-30°時已經無法穩態控制。而試驗證明，推力矢量飛機能在迎角大於70°時實現可控飛行，從而可以實施一系列有實戰意義的過失速機動動作，如赫布斯特機動、榔頭機動、大迎角機頭快速轉向和大迎角側滑倒轉機動等。能做這種機動的飛機在交戰時便於占據有利位置。因此，矢量發動機可以保證在飛機作低速、大攻角機動飛行而操縱舵面幾近失效時利用推力矢量提供的額外操縱力矩來控制飛機機動。 ......F-22的尾噴口可以上下偏轉從而獲得控制力矩，增強飛機的機動性能，但是推力的損失也比較大。 5、良好的維修性能 最後，則是發動機的可維修性了，F119的發動機在設計的時候，都會讓附件包括燃油泵的控制系統作為場外可換組件，而所用工具僅僅為11種標準的手動工具，在外場維修的時候，進行拆裝的固件不用開口銷，而採用B型落幕，擰緊螺母的時候，可以不用限扭扳手。而孔探儀的座控則設計成了無螺紋內置式，所有的導管和導線都用了不同的顏色可以進行區分。滑油箱內，也裝有可以直接進行目視的油位指示器，連接件設計成了可以快速進行拆卸和組裝的模式，這種突破在歷史上也算是相當具有標誌性意義的。 ... 四、F119發動機加持下的F-22 對於之前的普通的噴氣發動機而言，要想使得飛機獲得超音速的飛行速度，發動機都是要開加力的，也就是在尾部再噴一次油，再進行一次點火燃燒。這會使得飛機的耗油率大增，一般只能持續幾分鐘，所以只能用於緊急情況下的快速機動。不可能長時間以這種狀態巡航飛行。 ... 而F-22戰鬥機上標配的2臺F119發動機，能夠在不加力狀態下，以馬赫數大於1.4的速度進行持續飛行，快速接近戰區，並實現高空成功突防，這意味著，飛機的整體作戰能力，將於運用普通噴氣發動機的戰鬥機，有直接的區別。F119發動機直到今天，仍然算是戰鬥機動力裝置當中，一次偉大甚至是革命性的成功和進步。在此基礎上，後來美國又開發出的F-35的發動機更是登峰造極。 五、結語 作為美國普惠公司為20世紀90年代美國先進戰鬥機F-22研製的小涵道比雙轉子加力渦扇發動機，整個F119的研發充分汲取了之前其他發動機所有的經驗和教訓，並且，還實現了低風險、一體化的成功研製，整個發動機的風險管理以及工程策略與方法，都是相當成功的。直到現在，F119發動機，仍然是整個美國乃至世界上，屈指可數的先進且高效的戰鬥機發動機。 ... （文/雲端風火）

文章來源取自於：

每日頭條 https://kknews.cc/military/b3eqzbm.html

博客來 https://www.books.com.tw/exep/assp.php/888words/products/0010837577

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