f100發(fā)動機(jī)和f110發(fā)動機(jī)-f100 f110發(fā)動機(jī)

陳光/文

型號核心機(jī)是針對特定的型號而研制的核心機(jī)，在型號驗(yàn)證機(jī)研制階段將直接應(yīng)用或稍加修改地應(yīng)用該核心機(jī)。

原則上講，如果能發(fā)展一臺采用高循環(huán)參數(shù)、高新技術(shù)裝備的高性能核心機(jī)，在保持該核心機(jī)基本幾何參數(shù)不變的條件下，通過改變風(fēng)扇或低壓壓氣機(jī)的級數(shù)和直徑、渦輪的冷卻和材料等來改變發(fā)動機(jī)的主要循環(huán)參數(shù)，如增壓比、涵道比、空氣流量、渦輪前燃?xì)鉁囟鹊龋瑒t可發(fā)展一系列的發(fā)動機(jī)包括渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)以及地面及艦船用的動力。

另外，按照相似理論放大、縮小，可以將核心機(jī)尺寸加大或縮小，以改變發(fā)動機(jī)的推力或功率大小，從而獲得不同性能和用途的發(fā)動機(jī)。這種派生發(fā)展系列化的方法風(fēng)險(xiǎn)小，零件通用性好，有利于降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本和維修費(fèi)用。

因此，一些著名的航空發(fā)動機(jī)公司在20世紀(jì)60年代中均開展了高性能核心機(jī)或燃?xì)獍l(fā)生器的研制工作，并取得可觀的效果。例如，美國通用電氣公司于20世紀(jì)60年代中期接受美國空軍的委托，開展了編號為GE9的“第二代先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器”的發(fā)展工作。

由于發(fā)展了該燃?xì)獍l(fā)生器（即核心機(jī)），因此，1969年GE公司在爭奪用于“先進(jìn)有人駕駛戰(zhàn)略轟炸機(jī)”（即后來命名為B-1的轟炸機(jī)）的發(fā)動機(jī)競爭中取勝，并在1970年6月取得美國空軍研制用于B-1轟炸機(jī)的發(fā)動機(jī)合同。

該公司在GE9燃?xì)獍l(fā)生器的基礎(chǔ)上，配上2級風(fēng)扇、2級低壓渦輪與加力燃燒室研制了F101加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)的涵道比為2.01，總壓比為26.5，渦輪前燃?xì)鉁囟葹?371℃，F(xiàn)101于1976年9月完成了定型試驗(yàn)。裝F101發(fā)動機(jī)的B-1B轟炸機(jī)于1986年中交付美國空軍投入使用。

圖8-8、采用B-1轟炸機(jī)用的F101渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的核心機(jī)發(fā)展成的用于F-15、F-16的F110加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)

20世紀(jì)70年代中期，通用電氣公司在F101核心機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展了推力較小的F404發(fā)動機(jī)，裝F404的F-5G于80年代初進(jìn)行了首飛。

隨后，F(xiàn)-117選用了不帶加力燃燒室的F404作為它的動力，80年代后期，美國海軍選用了F404-GE-400作為F/A-18戰(zhàn)斗攻擊機(jī)的動力。

20世紀(jì)80年代初期，美國空軍鑒于當(dāng)時(shí)用于F-15、F-16戰(zhàn)斗機(jī)的F100可靠性較差，影響飛機(jī)的正常使用，于是讓通用電氣公司發(fā)展一種與F100相當(dāng)?shù)陌l(fā)動機(jī)，以便為F-15、F-16擇優(yōu)選用發(fā)動機(jī)創(chuàng)造條件。

通用電氣公司利用F101的核心機(jī)，配上直徑減小（由1.397m減至1.181m）、級數(shù)由2級增加為3級的風(fēng)扇，發(fā)展了可用于F-15、F-16的F110發(fā)動機(jī)（圖8-8）。

F110涵道比為0.87，總壓比為30.4，于1985年初定型，并裝于F-16上交付美國空軍使用，后來又裝到F-15上使用，從而形成了美國空軍同一型戰(zhàn)斗機(jī)有二家公司的發(fā)動機(jī)競爭的局面，改變了一型飛機(jī)只有一家發(fā)動機(jī)公司壟斷的現(xiàn)象。

1971年底，法國國營航空發(fā)動機(jī)研究制造公司決定與通用電氣公司合作，發(fā)展一種能滿足20世紀(jì)80年代旅客機(jī)低油耗、低噪聲、低排污要求的發(fā)動機(jī)。

1971年底二家公司決定，在采用F101核心機(jī)的基礎(chǔ)上聯(lián)合研制推力為100kN級的高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。1974年9月兩公司按投資比例50%：50%組成了CFMI國際公司，研制上述發(fā)動機(jī)并將發(fā)動機(jī)命名為CFM56。

1979年11月CFM56第一個(gè)型號CFM56-2同時(shí)取得美、法兩國的適航證，并換裝了四發(fā)DC-9旅客機(jī)的JT8D發(fā)動機(jī)，飛機(jī)的名稱改為DC-8超70；

CFM56-2還用于美國空軍的KC-135R、C-135FR加油機(jī)，E-3、KE-3、E-6預(yù)警機(jī)上。

由于CFM56的核心機(jī)采用先進(jìn)的F101核心機(jī)，一方面縮短了研制周期，另一方面，更重要的是發(fā)動機(jī)各方面的性能均較好，因此很快發(fā)展了用于波音737旅客機(jī)的CFM56-3型發(fā)動機(jī)，將波音737原用的JT8D發(fā)動機(jī)換成CFM56-3后，飛機(jī)改名為波音737-300，這型飛機(jī)目前是世界上使用最多的中程旅客機(jī)。后又發(fā)展了用于A320、A340旅客機(jī)CFM56-5型以及用于波音737-600、-700、-800、的CFM56-7型。

截至2002年8月，各型CFM56發(fā)動機(jī)的訂單已超過15300臺，交付的發(fā)動機(jī)則超過一萬三千余臺。

圖8-9示出了通用電氣公司用同一核心機(jī)發(fā)展用于B-1轟炸機(jī)的F101加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，用于F-15、F-16戰(zhàn)斗機(jī)的F110加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，用于波音737雙發(fā)旅客機(jī)的CFM56-3高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的示意圖，該圖是按同一比例畫出的（圖中未示出F404發(fā)動機(jī)）。

圖8-10示出CFM56系列發(fā)動機(jī)發(fā)展過程。圖正中所示為CFM56系列發(fā)動機(jī)的第1個(gè)型號CFM56-2，它采用了渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)F101的核心機(jī)作為核心機(jī)，配上一個(gè)葉尖直徑為1.727m的風(fēng)扇及三級增壓壓氣機(jī)，4級低壓渦輪組成了一臺高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，推力為139～151kN，1979年投入使用，取代DC-8四發(fā)旅客機(jī)原用的JT8D渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，換發(fā)后的飛機(jī)改名為DC-8超70（-71、-72、-73）。

CFM56-2還用于波音707旅客機(jī)改型的飛機(jī)如KC-135加油機(jī)，E-3、KE-3、E-6預(yù)警機(jī)等上。

隨后，將風(fēng)扇葉尖直徑減小為1.524m，并將風(fēng)扇葉片由原帶葉冠的設(shè)計(jì)改成帶中間突肩的設(shè)計(jì)，由此使葉片數(shù)由46片減少為38片，發(fā)動機(jī)其它部分基本未變，發(fā)展成推力為82.4～104kN的CFM56-3型發(fā)動機(jī)，耗油率同于－2型的。CFM56-3用于換裝波音737-200雙發(fā)旅客機(jī)的JT8D發(fā)動機(jī)，換發(fā)后的飛機(jī)命名為波音737-300型，1984年投入使用，后來又用于波音737-400、-500旅客機(jī)上。

在CFM56-3的基礎(chǔ)上，將風(fēng)扇葉尖直徑增加到與-2型相同的直徑（即1.727m）但葉片結(jié)構(gòu)維持-3型的設(shè)計(jì)（即葉片帶中間突肩的設(shè)計(jì)）；同時(shí)將高壓壓氣機(jī)、高、低壓渦輪的全部葉片用三維氣動設(shè)計(jì)方法重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使部件效率提高；第1次將全功能數(shù)字式發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)（FADEC）用于CFM56發(fā)動機(jī)上，發(fā)展了用于A319/A320雙發(fā)客機(jī)的CFM56-5A，其耗油率比CFM56-3低11.2%，1987年投入使用。

圖8-9、通用電氣公司用同一臺核心機(jī)發(fā)展用途各異的三型渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)

在CFM56-5A的基礎(chǔ)上，將風(fēng)扇葉尖直徑增大到1.828m，重新設(shè)計(jì)了風(fēng)扇葉片，對一些零、組件作了些改進(jìn)，采用了第2代FADEC，發(fā)展成推力為139～151kN、耗油率比-3型的低16.2%的CFM56-5C發(fā)動機(jī)，此發(fā)動機(jī)用于4發(fā)旅客機(jī)A340，于1991年投入使用。

在CFM56-5C的基礎(chǔ)上，將風(fēng)扇葉尖直徑減小到與-5A相同的直徑（即1.727m），采用了-5C的核心機(jī)，對風(fēng)扇葉片的葉片型面的氣動設(shè)計(jì)作了改進(jìn)，發(fā)展成推力為98～139kN、耗油率與-5A相當(dāng)?shù)腃FM56-5B型發(fā)動機(jī)，用于雙發(fā)旅客機(jī)A319、A320、A321上，于1993年投入使用。

隨后，采用CFM56-5B的核心機(jī)及低壓渦輪、CFM56-3的總體布局，并采用寬弦無突肩的風(fēng)扇葉片，并將風(fēng)扇葉尖直徑改成1.549m（即大于-3型的、小于-5B型的）發(fā)展成推力為82.4～117kN的CFM56-7型發(fā)動機(jī)，用于波音737-500、-600、-700雙發(fā)旅客機(jī)，于1997年投入使用。此發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)成本比-3型的低15%。

圖8-10、CFM56系列發(fā)動機(jī)發(fā)展過程示意圖

由圖8-10可以看出，在近20年時(shí)間內(nèi)，CFM56發(fā)動機(jī)在采用了一種性能好的核心機(jī)后，通過改變風(fēng)扇直徑，改進(jìn)部件性能等措施后，發(fā)展了推力復(fù)蓋82.4kN至151kN范圍、用于波音737-300、-400、-500、-600、-700，A319、A320、A321、A340等旅客機(jī)及KC-135加油機(jī)，E-3、KE-3、E-6預(yù)警機(jī)等一系列飛機(jī)用的發(fā)動機(jī)系列的事例，充分說明了發(fā)展性能優(yōu)良的核心機(jī)的重要性。

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