F100渦輪風扇發動機

F100渦輪風扇發動機是美國研發的第四代航空發動機，1968年美國空、海軍空中優勢戰鬥機計畫要求大幅度提高發動機推重比和改善進氣道與發動機的匹配性，同時，美國國防部作出了採用同一個核心機發展兩種發動機的決定。美國空、海軍在1968年4月聯合提出了一項為期18個月的初始工程發展計畫，要求普惠公司和通用電氣公司各製造和試驗一台驗證機，發動機的核心要能同時滿足空、海軍的要求。

基本介紹

• 中文名： F100渦輪風扇發動機
• 廠　商：普拉特·惠特尼公司
• 用　途：軍用渦扇發動機
• 類　型：渦輪風扇發動機

概況

名 稱 F100渦輪風扇發動機

牌　號　F100

用　途　軍用渦扇發動機

類　型　渦輪風扇發動機

國　家　美國

廠　商　普拉特·惠特尼公司

生產現狀　生產

裝機對象　F100-PW-100　 F-15A/B和早期F-15C/D。

F100-PW-200　 F-16A/B/G。

F100-PW-220　 F-16C/D、F-15C/D(後期)和F-15E。

F100-PW-220E　F-16、F-15C/D(後期)和F-15E。

F100-PW-220P　所有F100發動機裝備的飛機。

F100-PW-229　 所有F100發動機裝備的飛機。

IPE-94　F-15和F-16的未來改進型。

研製情況

普惠公司以JTF22核心發動機為基礎，為發展空、海軍用的兩種發動機進行投標，JTF22是在JTF16驗證機基礎上發展的，驗證機在1969年7月首次運轉。1970年3月在和通用電氣公司的GE1/10發動機競爭中普惠獲勝，空軍於1970年4月與普惠公司簽訂2.75億美元的“成本加獎勵”契約。該契約規定若成本超過或低於契約，則超過或低於部分由空軍和公司按90∶10比例分攤。但後來由於實際費用超過計畫費用很多，在1971年7月增加契約金額1.22億美元。對用於飛行試驗和生產型發動機則按“固定價格加獎勵”的辦法，空軍和公司之間按75∶25比例分攤。F100發動機用於研製的費用為4.75億，用於部件改進的計畫費用約6.66億。這樣，該發動機從開始研製到1984年15年內總計花費11億美元。

F100發動機是世界上最早投入使用的推重比達8一級軍用發動機。在發動機參數選擇中注重提高發動機性能，採用“兩高一低”策略，即增壓比高、渦輪前溫度高和涵道比低。在材料上採用了高強度重量比、耐高溫的合金。F100也是首次使用單元體結構的戰鬥機發動機，它由5個單元體組成，各單元體都可更換。

F100-PW-100發動機在使用中出現了許多可靠性、耐久性和維修性方面的問題，曾一度使美國前線戰鬥機處於停飛的危險中。為此，普惠公司投入大量改進改型資金，採取一系列措施，發展出了F100-PW-220發動機，基本解決了F100-PW-100存在的問題，可靠性、耐久性和維修性得到很大改善。在與通用電氣公司F110發動機爭奪裝備F-15和F-16的“戰鬥機發動機大戰”中，開始時處於不利地位，經改進後這兩種發動機各有千秋。為與通用電氣公司性能改進型F110-GE-129競爭，普惠公司也在F100-PW-220的基礎上研製了性能改進型F100-PW-229。

F100-PW-100　1970年3月開始全面工程研製，1972年2月進行60h飛行前規定試驗、1973年10月通過150h定型試驗。1974年11月交付空軍使用。

F100-PW-200　為適應單發飛機的需要作了一些修改，採用複式燃油泵和備份控制系統或數字式發動機控制系統。

F100/PW1115　F100發動機的無加力燃燒室的改進型。

F100-PW-220　採用了新型風扇和壓氣機，改進了低壓渦輪、數字式發動機電子控制系統、加力燃燒室和加力燃燒室雙點火系統，提高了核心機壽命。通過採用數字式發動機電子控制系統，使發動機在整個飛行包線內或發動機壽命期內無推力衰減，並可連續監控發動機狀態。

F100-PW-220E　通過採用一套改型組件可以把早期的F100發動機改進成具有標準構形的F100-PW-220發動機。使早期的F100發動機具有與F100-PW-220發動機相同的可靠性、維修性和適用性，同時降低發動機的生產費用。採用了最先進的熱端部件、數字式發動機電子控制系統、齒輪式主燃油泵和發動機診斷裝置。1987年10月在F-16上做了首次飛行試驗，1988年投入使用。

F100-PW-220P　F100-PW-220E的改進型，以前稱為F100-PW-220E+。1991年中期開始改進工作。它是將F100-PW-229發動機的風扇、噴管、改進的數字式發動機電子控制系統和先進的低壓渦輪材料套用到F100-PW-220和F100-PW-220E中。

F100-PW-229　F100的推力增長型，也稱為F100改進性能發動機(F100-PW-229 IPE)或PW1129。該發動機採用提高了效率的核心機、增加流量的風扇、多區燃燒的加力燃燒室、壽命為2000h的齒輪式燃油泵和提高了能力的數字式電子控制系統，檢修間隔為4000h循環。此發動機準備用於F-15E戰鬥機。1989年5月在F-16飛機上首次飛行，1989年後期完成定型試驗，1990年4月和5月第一台生產標準型F100-PW-229分別在F-16和F-15E飛機上做了飛行，1991年初投入使用。

IPE-92　F100-PW-229 IPE的發展型，推力提高888daN，或在較低的渦輪進口溫度下可提高發動機的使用壽命。風扇部分直徑大約比F100-PW-229增大2.5mm，流量由112kg/s增大到114kg/s，總增壓比34。所有修改都是在現有風扇機匣直徑內進行的，所以動力裝置的安裝與100-PW-229的相同。

IPE-94　F100-PW-229 IPE的發展型，採用了大直徑寬弦風扇和高溫渦輪部件。空氣流量比F100-PW-229增加13%。為了適應風扇尺寸的增大，安裝了較大的中介風扇機匣。加力燃燒室長度縮短150mm，以保持發動機在F-15E和F-16C/D飛機上尺寸不變。1991年秋開始發動機的地面試驗。

F401　F100-PW-100發動機的改進型，推力13340daN。1972年9月開始試驗，1973年9月12日裝在F-14B飛機上試飛，後因飛機研製費超支，F-14B飛機停止發展，F401計畫也撤消。

構造簡述

結構和系統

進 氣 口　皮托管式鈦合金進氣口。有21個可變彎度的進口導流葉片。導流葉片前緣固定，通熱空氣防冰，後緣可調。

風　扇　3級軸流式。鈦合金製成。最大轉速10400r/min。前2級轉子葉片有葉中阻尼凸台，材料為Ti6-6-2，盤材料為Ti8-1-1。軸用Ti6-4電子束焊接而成。F100-PW-220採用了較高流量的風扇。F100-PW-229的風扇採用損傷容限設計。

高　壓

壓 氣 機　10級軸流式。前3級整流葉片可調，轉子由鍛造盤疊成，採用熱等靜壓工藝。1～3級盤由鍛造鈦合金製成，第4級盤材料為PW1016，第5、7和9為耐高溫鎳基合金，第6、8和10為熱等靜壓的IN100。1～4級轉子葉片材料為鈦合金，5～9級為耐熱鎳鉻鐵合金，第10級為耐高溫鎳基合金。壓比8.0。F100-PW-220增設一增壓級並將壓氣機的總壽命提高到4000h。最大轉速13450r/min。F100-PW-229的壓氣機採用損傷容限設計。

燃 燒 室　短環形。無煙。燃燒室噴嘴安裝在燃燒室前部，電容器放電點火。F100-PW-220採用雙通路噴嘴。材料為Haynes 188鈷基合金。F100-PW-229採用浮壁式火焰筒。

高壓渦輪　2級軸流式。第1級採用衝擊冷卻，第2級對流冷卻。第1級轉子葉片和導向器葉片材料為定向凝固鎳基合金MAR-M200加PWA73塗層。F100-PW-220和F100-PW-229的導向器葉片由PW1480合金改進成PW1484單晶合金，渦輪轉子葉片外封嚴材料為PW1485。

低壓渦輪　2級軸流式。第1級非冷卻轉子葉片材料PW1484單晶合金，盤為IN100。塗層為PWA73。

F100-PW-229的轉子葉片為定向凝固材料。

加　力

燃 燒 室　可變面積的燃油噴嘴以最小的壓力實現軟點火。外涵道採用帶鈦合金桁條的加強殼結構，襯筒為有陶瓷塗層的Haynes 188鈷基材料。

噴　管　平衡梁式收斂-擴張型。

控制系統　F100-PW-100和-200為機械液壓式，控制燃油和噴管面積，並具有電子監控能力。

F100-PW-220採用漢密爾頓標準公司的數字式電子控制系統。燃油泵由TRW、森德斯特德和漢密爾頓標準公司提供。F100-PW-229為全權數字式電子控制系統，具有綜合診斷和與飛機控制系統交聯的能力。

F100發動機立體剖視圖

技術數據

型號	最大加力推力; (daN)	中間推力; (daN)	加力耗油率; [kg/(daN?h)]	最大連續耗油率; [kg/(daN?h)]	推重比
F100-PW-100	10590	6520	2.31	0.720	7.8
F100-PW-200	10590	-	2.30	0.720	7.7
F100-PW-220	10590	6526	2.21	0.700	7.4
F100-PW-220E	10570	6526	-	-	7.2
F100-PW-229	12890	7918	2.00	0.660	7.9
F100-PW-220P	12010	7429	-	-	-
IPE-92	13778	-	-	-	-
IPE-94	16000	-	-	-	9.5

型號	空氣流量; (kg/s)	涵道比	質量; (kg)	渦輪進口溫度; (℃)	規格; (長*直徑，mm)
F100-PW-100	101.1	-	1386	1399; (暫無各型; 詳細數據)	4856*1181
F100-PW-200	101.6	-	1410
F100-PW-220	103.4	0.6	1452
F100-PW-220E	-	0.6	1496
F100-PW-229	112.4	0.4	1656
F100-PW-220P	-	-	-
IPE-92	114.0	-	-
IPE-94	-	-	-