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美國這款戰機強調推力,結果成為機庫皇后,國產發動機勿走後路

眾所周知,美國空軍的F-15戰鬥機早期由於經常發生故障,導致大面積停飛,因此獲得了「機庫皇后」的美名。

(F-15)

安裝了F100-PW-100發動機的F-15在大迎角機動時,發動機的壓氣機會失速,這又會導致發動機熄火甚至起火。更可怕的是早期F-15駕駛員發現,將加力推到頭后,緊接著F-15會產生可怕的震動和熄火的一片死寂。但即使F100-PW-100發動機如此坑爹,美國空軍還是忍受下來了。甚至在1979 年末開始美國空軍被迫接收一大批的沒有發動機的 F-15A機體。這一系列的坑爹情況就是機庫皇后外號的由來。

(F100-PW100/200型發動機剖視圖)

為什麼F100早期(PW100/PW200)如此坑爹呢?這要要從頭說起了。實際上一開始設計F-15戰鬥機的時候,美國空軍包括研究人員內部還是停留在二代機與二代大推力發動機的設計思路上,根本沒有考慮到三代戰機機動飛行時發動機可能產生的劇烈變化程度,從而嚴重低估了每架次飛行中的發動機動力循環次數。由於設計上的缺陷,導致發動機關鍵部件加劇磨損甚至出現裂紋,例如第一級渦輪葉片頻頻故障。

(維護中的F100-PW-100發動機)

這個還不是最可怕的,最可怕的是F-15戰鬥機頑固性的發動機壓氣機失速。由於發動機的壓氣機葉片是實際上是具有與機翼類似的剖面外觀,和飛機的機翼一樣,如果發動機吸入的氣流迎角超過臨界值會引起壓氣機失速,從而阻斷了進入燃燒室的氣流。而氣流是發動機命脈,一旦沒有氣流帶來的氧氣,發動機燃燒室內的燃油和空氣的混合氣體就滯留在燃燒室內。由於飛行員第一次進行加力失敗后,燃燒室內已經充滿了燃油與空氣混合物。而當飛行員進行第二次加力時,燃油和空氣混合物瞬間點燃並爆發高溫高壓衝擊波,衝擊波向前傳播至風扇,先導致風扇失速,然後引發發動機失速然後就失去動力。這就導致F-15在大迎角飛行時,非常容易時速或發動機熄火。

(F-15結構圖)

到了1985年,經過近10年的努力,F100-PW-220發動機被普惠發動機公司開發出來,雖然推力從10809kgf降低到10637kgf。但是可靠性大大提升。並且在PW220創新的使用了單晶渦輪葉片和先進多區加力燃燒室,加大進氣量的風扇以及發動機數字控制系統。在1986年春天,F100-PW-220正式列裝F-15戰鬥機,空軍飛行員第一次可以將油門桿從一下子推到最大加力狀態,整個過程中無需擔心發動機失速。

縱觀F-15早期的「心臟病」實際是因為美國空軍和普惠發動機公司對三代機和三代大推的認識問題和對其可靠性要求太低,整體思維還停留在二代機時代。並且在技術沒有完全成熟的時候就貿然設計大推力也是可靠性嚴重下降的主要原因。最終F200發動機在十年後用推力換取可靠性更告訴我們,可靠性有時候比推力更重要。

文/藍宇之心



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