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风之心(下)

作者:jnscsh   时间:2021-07-04 01:32:28   浏览次数:

在世界航空工业领域,美国向来领跑,苏/俄紧随其后。而同处一极的欧洲诸雄因诸多原因则长期不能与上述两强抗衡。这点在战斗机研制领域也是如此。不过,凭借联合之势,倒也精品频出,例如“狂风”“台风”战斗机。向来特立独行的法国长期对自由独立的坚持,也建立起了世界级的完善的航空工业体系。早期凭借“幻影”系列战斗机奠定了“高卢雄机”的世界地位,而后的“幻影”2000战机也能在世界刮起三角翼传奇,世纪之交的“阵风”战机更是在航空工业界占据了一定的地位。

作为欧洲最为顶级的航空工业流派,法国一向特立独行,颇具法兰西风采;其他西欧诸雄基本都是联合作战。这在航空发动机领域也不例外。法国始终坚持自己单干,研发了阿塔系列、M53、M88系列发动机;而另外诸雄在联合研制“狂风”“台风”战机之时,发动机也采取了联合研制方法,研制了RB199、EJ200发动机。花开两朵,各表一枝,现在我们来看看欧洲联合研制的“风之心”——RB199与EJ200发动机。

总体性能

作为集西欧四国大成,EJ200是新一代中推发动机的杰出代表,可谓是航空工业的尖端技术的巅峰之作。在研发EJ200时,四国抛开先前他们合作的RB199发动机的技术框架,采用双转子结构,利用航空材料、气动技术的进步,重点突出超声速作战能力,提高发动机的单位推力,简化整体结构,减少零部件数量,取得了令人满意的效果。

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EJ200发动机的操作性、适用性

1.可靠性

·平均無故障间隔(MTBF):大于100EFH(发动机飞行小时)

·空中停车率:小于0.1/1000EFH

·发动机非计划换发率:小于1.0/1000EFH寿命(FOC标准)

·热端部件寿命2000EFH

·发动机设计总寿命高达6000EFH,大约相当于30年的使用寿命(已每年200EFH计算)

2.维护性

·单元体结构:发动机快速修复能力

·先进的视情维护

·方便使用的外场可更换件(LRI)

·广泛使用孔探仪

·发动机拆换时间小于45分钟

3.后勤保障

·使用普通维护工具

·容易培训

·较少的直接维护工时/发动机飞行小时

·发动机可互换

4.发动机状态监控

·全权限数控装置

·发动机健康状况持续监测与事件报告功能。

技术特点

EUROJET在设计之初便为EJ200定下模块化设计的总基调,整机由15个单元体和数字式发动机控制器及监测单元组成。研制中充分吸取当时航空工业的先进技术,大量使用先进的气动、材料、工艺、冷却等技术,并运用一体化研制方案,从而大幅度缩短研制周期(和传统研发模式相比),减少了研发经费。研发中EUROJET十分注重先进技术与成熟技术的紧密结合,充分优化前期在RB199发动机合作中所取得的技术经验,并大力借鉴罗罗公司在民用发动机领域的顶级技术,合理安排新技术的应用比例,严格遵守循序渐进的原则,逐步扩大原则,所有部件需经充分验证后方能装机使用;同时在研制过程中,经历大量严苛的试验以及飞行考核,确保发动机的可靠性、耐久性、适用性均达到国际先进水平。正是基于这样的总体指导思想,最终打造出了一台综合性能突出,寿命长、寿命周期费用低的先进军用发动机。

从总体结构分析,EJ200为双转子、小涵道比、混合排气的涡扇发动机,设置了前后两个主承力框架(即中介机匣框架与位于高低压涡轮之间的涡轮级间框架)、5个转子支撑点、两个滑油腔。发动机采用了3级风扇,5级高压压气机,短环形主燃烧室。高低压涡轮各一级,平行进气式,带镜像火焰稳定器的加力燃烧室以及收敛—扩散喷管。

压气机系统——风扇、高压压气机(德国MTU Aero公司、英国罗罗公司)

作为整个EJ200发动机中的最具技术含量的关键部件,压气机的研发,当然是由业界大佬罗罗公司担当,德国的MTU公司也参与此项工作。EJ200在设计之初就定位于未来21世纪的先进发动机,因此,在研制中基本推翻了此前合作产品RB199发动机的技术框架,引入了全新的设计手段(三元黏性非定常计算叶片造型)。提高了增压比(提高了叶尖切线速度,增大了扩散因子),总压比达到26,平均级压比超过1.5。更让人叹为观止的是这样的总压比级别仅采用8级压气机便达到了。美国同级别的F414发动机(F/ A-18E/F战斗机的动力系统)则是10级,级压比1.4;法国“阵风”战斗机的动力系统M88发动机为9级,级压比1.427。EJ200的级负荷水平虽然提升许多,但部件效率及喘振余度高,稳定工作的能力不减反增。现简单介绍压气机的各个分系统。

1、三级轴流式风扇

风扇采取整体叶盘(Blish)结构,应用三维计算流体力学(CFD)气动设计,跨声速宽弦风扇叶片(3级转子叶片数分别为20、30和40片),可以在增加效率、提高强度的同时减轻重量。整台风扇转子为悬臂支撑,进口直径为740毫米,单元体长度700毫米。

为了简化发动机结构,风扇取消了支承点(即进气匣处不用设置1号轴承)。EJ200之所以能有如此设计,是因为其风扇叶身上没有设置窄弦叶片常见的阻尼凸肩,进气机匣也没有设置导向叶片,而增压比与平均级压比分别达到了4.211和1.6147。同时,风扇在设计转速下,还保有了20%以上的喘振余度。因此,即使取消了进口可变弯度导叶(VIGV),发动机仍具有良好的稳定工作能力。所以便取消了1号支承点。

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