3.1風(fēng)扇(3級(jí))
第1級(jí)風(fēng)扇葉片采州寬弦、空心設(shè)計(jì),與用于波音777的Pw4084發(fā)動(dòng)機(jī)采用的空心葉片結(jié)構(gòu)相同,即葉片由葉盆、葉背兩塊型板經(jīng)擴(kuò)散連接法連接成一整葉片,在連接前,先將兩板接合面處縱向地銑出幾條槽道形成空腔,參見圖7。這種空心葉片的空心度較羅·羅公司采用的帶蜂窩芯的夾層結(jié)構(gòu)小。用鈦合金制的3級(jí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子均采用了整體葉盤結(jié)構(gòu)(在YF-22進(jìn)行驗(yàn)證飛行時(shí)所用的發(fā)動(dòng)機(jī)YF119中,僅2,3級(jí)風(fēng)扇采用了整體葉盤)。F119采用了線性摩擦焊的加工方法加工整體葉盤,羅·羅公司也采用這種加工方法。 線性摩擦焊(Linear Friction Welding,LFW)是一種固態(tài)連接技術(shù),類似于擴(kuò)散連接(Diffusion Bonding)。擴(kuò)散連接是將兩個(gè)需連接的零件的連接面緊緊靠住,在高溫、高壓下,兩零件配合表面間形成了材料原子的相互轉(zhuǎn)移,最終使兩者緊密連接成一體。在這種連接中,由于相連接處的材料并未熔化.因而不會(huì)出現(xiàn)一般焊接中易發(fā)生的脫焊現(xiàn)象。從結(jié)構(gòu)上講,連接處看不出“焊縫”來,且其強(qiáng)度與彈性均優(yōu)于本體材料。線性摩擦焊與擴(kuò)散連接不同處在于:在擴(kuò)散連接中,連接的工件是在爐中加溫使其達(dá)到高溫的;而在線性摩擦焊中,工件的高溫是通過兩配合面間的相互高頻振蕩產(chǎn)生的。 整體葉盤線性摩擦焊的加工過程及采用這種加工工藝帶來的好處,可參閱“一種整體葉盤的加工方法——線性摩擦焊”。
在F119發(fā)動(dòng)機(jī)中,為保證風(fēng)扇機(jī)匣剛性均勻,保持較均勻的葉尖間隙,風(fēng)扇機(jī)匣做成整環(huán)的,為此風(fēng)扇轉(zhuǎn)子做成可拆卸的,即2級(jí)盤前后均帶鼓環(huán),分別與1.3級(jí)盤連接。
風(fēng)扇進(jìn)口處采用了可變彎度的進(jìn)口導(dǎo)流葉片,其結(jié)構(gòu)類似于F100。由圖6可以看出,三級(jí)靜子均采用了彎曲設(shè)計(jì),這種葉片是利用普惠公司開發(fā)的NAsTAR程序設(shè)計(jì)的,它可以大大縮小常規(guī)直靜子葉片上下端的分離損失區(qū),如圖8所示。采用彎曲靜子葉片后可提高風(fēng)扇、壓氣機(jī)效率與喘振裕度。彎曲靜子葉片也用于F119的高壓壓氣機(jī)及民用的PW4084發(fā)動(dòng)機(jī)中。 3.2高壓壓氣機(jī)(6級(jí))
采用了高級(jí)壓比設(shè)計(jì),6級(jí)轉(zhuǎn)子全采用整體葉盤結(jié)構(gòu)。進(jìn)口導(dǎo)葉與1,2級(jí)導(dǎo)葉是可調(diào)節(jié)的,前機(jī)匣采用了“Alloy c”阻燃鈦合金以降低重量。靜葉也采用了彎曲的靜葉。為增加高壓壓氣機(jī)出口處機(jī)匣(該處直徑最小,形成了縮腰)的縱向剛性,燃燒室機(jī)匣前伸到壓氣機(jī)的3級(jí)處,使壓氣機(jī)后機(jī)匣具有雙層結(jié)構(gòu),外層傳遞負(fù)荷,內(nèi)層僅作為氣流的包容環(huán),這種結(jié)構(gòu)在大型、高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中得到廣泛采用。
3.3燃燒室(短環(huán)形)
火焰筒為雙層浮壁式,外層為整體環(huán)形殼體,在殼體與燃?xì)饨佑|的壁面上鉚焊有薄板,薄板與殼體間留有一定的縫隙,使冷卻兩者的空氣由縫中流過。為了使薄板在工作中能在圓周與長度上自由膨脹,薄板在圓周與長度上均切成一段段的,形成多片瓦塊狀的薄板,因此這種火焰筒又可稱為瓦塊式火焰簡(jiǎn)。 采用浮壁式火焰筒可改善火焰筒的工作條件,不僅可提高火焰筒的壽命,與燃?xì)饨佑|的瓦片燒壞后還可更換,而且還可使排氣污染物減少。這種結(jié)構(gòu)已在V2500、PW4084等民用發(fā)動(dòng)機(jī)上采用。 噴嘴采用了氣動(dòng)式噴嘴,它能改善燃油霧化質(zhì)量提高燃燒完全度,減少排污,同時(shí)還能消除一般離心式噴嘴易生積炭的問題,圖9示出了氣動(dòng)式噴嘴的示意圖。 3.4高低壓渦輪(單級(jí))
高壓渦輪的工作葉片用普惠公司的第三代單晶材料做成,采用了先進(jìn)的氣膜冷卻技術(shù)。 渦輪盤采用了雙重的熱處理以適應(yīng)外緣與輪心的不同要求,即外緣采用了提高損傷容限能力的處理,以適應(yīng)榫槽可能出現(xiàn)的微裂紋;輪心部分則采用提高強(qiáng)度的熱處理,這種在一個(gè)零件上采用兩種要求不同的熱處理,實(shí)屬罕見。工作葉片葉尖噴涂有一層耐磨涂層(在XF119上投有采用),以減少性能的衰退率,這種措施在民用大型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用較多。 低壓渦輪與高壓渦輪轉(zhuǎn)向相反。這種將高低壓轉(zhuǎn)子做成轉(zhuǎn)向相反的設(shè)計(jì),當(dāng)飛機(jī)機(jī)動(dòng)飛行時(shí)作用于兩轉(zhuǎn)子上的陀螺力矩會(huì)相互抵消大部分,因此可減少外傳到飛機(jī)機(jī)身的力矩,可提高飛機(jī)的操縱性,這點(diǎn)對(duì)高機(jī)動(dòng)性能戰(zhàn)斗機(jī)特別重要;另外對(duì)裝于兩轉(zhuǎn)子間的中介軸承,軸承內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)向相反時(shí),會(huì)大大降低保持架與滾子組合體相對(duì)內(nèi)外環(huán)的轉(zhuǎn)速,對(duì)軸承的工作有利,但增加了封嚴(yán)的難度。理論上,高低壓渦輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可以不要低壓渦輪導(dǎo)向器(YF120上即無),但F119上仍然采用了導(dǎo)向器。低壓渦輪輪盤中心開有大孔,以便安裝高壓轉(zhuǎn)子的后軸承(中介軸承),這與F404、M88發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)類似。 3.5加力燃燒室
加力燃燒室(分三區(qū))、尾噴管(二元收斂~擴(kuò)張矢量噴管)和燃油控制系統(tǒng)
加力燃燒室筒體采用Alloy C阻燃鈦合金以減輕重量,簡(jiǎn)體內(nèi)作有隔熱套筒,兩者間的縫隙中流過外涵空氣對(duì)簡(jiǎn)體進(jìn)行冷卻,在YF119上采用外部導(dǎo)管引冷卻空氣對(duì)筒體進(jìn)行冷卻,在F119上取消了外部導(dǎo)管。
噴管上下的收擴(kuò)式調(diào)節(jié)片可單獨(dú)控制喉道與出口面積,而且當(dāng)上下調(diào)節(jié)片同時(shí)向上或向下擺動(dòng)時(shí),改變了排氣流的方向,即改變推力的方向。發(fā)動(dòng)機(jī)的推力能在飛機(jī)的俯仰方面正負(fù)20°內(nèi)偏轉(zhuǎn),從+20°到一20°的行程中只需1s。推力和矢量由雙余度全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)控制,用由煤油作介質(zhì)的作動(dòng)筒來操縱。調(diào)節(jié)片設(shè)計(jì)成可減小雷達(dá)散射截面積;為減少紅外信號(hào),對(duì)調(diào)節(jié)片進(jìn)行了冷卻。尾噴管也采用Alloy C阻燃鈦合金以減少重量。 燃油控制系統(tǒng)為第四代雙余度全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)(FADEc),每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有兩套調(diào)節(jié)器,每套調(diào)節(jié)器有二臺(tái)計(jì)算機(jī),以確保調(diào)節(jié)系統(tǒng)高的可靠性。
4.1維修性
發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)中特別加強(qiáng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的維修性,例如大部分附件包括燃油泵和控制系統(tǒng)均作為外場(chǎng)可換組件(LRU),而所有的每個(gè)LRU拆換時(shí)間不超過20min,所用的工具僅是11種標(biāo)準(zhǔn)手動(dòng)工具,在外場(chǎng)維修時(shí)需進(jìn)行拆裝的緊固件不允許用保險(xiǎn)絲、開口銷,由于采用“B”型螺母,擰螺母時(shí)可不采用限扭扳手??滋絻x的座孔設(shè)計(jì)成無螺紋內(nèi)置式的,所有導(dǎo)管、導(dǎo)線均用不同的顏色予以區(qū)分,滑油箱裝有目視的油位指示器,連接件做成能快卸快裝的設(shè)計(jì)。 所有的附件、導(dǎo)線和管路均在發(fā)動(dòng)機(jī)下部每個(gè)外場(chǎng)可換組件均能直接達(dá)到。發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成由第5百分位女姓(身高157cm體重45kg)到第95百分位男性(身高188九體重91kg)間的維修人員穿著防護(hù)服。于戴防護(hù)手套均能對(duì)裝在飛機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行日常的維護(hù)工作。 4.2可靠性
F119在設(shè)計(jì)中遵循“采用經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)”的做法,以及整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,零部件數(shù)目少。因此雖然它在性能方面較前一代發(fā)動(dòng)機(jī)F100有較大提高,也采用了一些以前發(fā)動(dòng)機(jī)中未采用的設(shè)計(jì),但它的可靠性卻比F100的要高。
表5列出了F119發(fā)動(dòng)機(jī)與F100-Pw-220發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性指標(biāo)的比較,后者是在F100-Pw-100(原型)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上,用犧牲性能來提高可靠性的改進(jìn)型。