作為美國最先進的隱形戰(zhàn)機：“猛禽”F-22戰(zhàn)斗機，已經(jīng)在2001年完成了全部的研發(fā)，并于2005年開始正式服役，這也是世界上第一種服役的第五代戰(zhàn)斗機。F-22戰(zhàn)機從誕生起就成了行業(yè)的標(biāo)桿，超機動性、超音速巡航、超視距攻擊、良好的隱身性能構(gòu)成了現(xiàn)代五代機的4S標(biāo)準(zhǔn)。
F-22戰(zhàn)機
F-22的超機動性與超音速巡航都在很大程度上都得益于其裝備的F119-PW-100（以下簡稱F119）先進的的渦扇發(fā)動機。F119也是當(dāng)今世界上，最為先進的航空發(fā)動機。時至今日，它仍然是世界戰(zhàn)斗機動力裝置的領(lǐng)頭羊，并直接影響了21世紀(jì)前幾十年戰(zhàn)斗機發(fā)動機的發(fā)展方向。
二、F119發(fā)動機的研發(fā)概況1980年，在世界航空領(lǐng)域擁有先進地位的美國空軍，率先在國際上提出了先進戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機發(fā)動機的概念。于是，在次年的5月份，美國空軍就向有關(guān)工業(yè)部門，頒布了要研制的先進戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機的需求，這些需求包含了不加力狀態(tài)下的超音速巡航、1500英尺的短距離起降、推力矢量控制等。同時，還邀請了美國各大航空發(fā)動機公司共同出席討論會議，并進行有效競爭。
F119發(fā)動機剖視圖
與F119相競爭的YF120發(fā)動機為變循環(huán)發(fā)動機，YF120的風(fēng)扇、壓氣機均比F119少1級，且高低壓渦輪間無導(dǎo)向葉片，因此YF120比F119少5排葉片。YF120發(fā)動機在2級風(fēng)扇后有一可調(diào)節(jié)的外涵出氣環(huán)，在高壓壓氣機中，第一級工作葉片做得比較長，稱之為核心機傳動的風(fēng)扇，其后有流向外涵的出氣環(huán)，在工作中始終是打開的。在低工況時，兩個外涵道均打開，使涵道比加大以獲得低的耗油率；在大工況時，2級風(fēng)扇后的可調(diào)節(jié)放氣環(huán)關(guān)閉，發(fā)動機成為小涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，以增加單位推力。風(fēng)扇到核心機間的壓力匹配是通過裝在加力燃燒室前的可變面積涵道引射器將外涵氣流引向加力燃燒室來達到。可變面積涵道引射器除對加力燃燒室隔熱屏進行冷卻外，還將外涵多余的氣流引射到尾噴管喉道前的排氣氣流中，以加大推力。
YF120發(fā)動機
不過在長達11年不斷的研發(fā)和實驗之后，在1991年4月，美國空軍部正式宣布，普惠公司在動力系統(tǒng)的競爭當(dāng)中全面勝出，原因是因為，該公司在技術(shù)方案和成本方面，擁有絕對的優(yōu)勢。此后的8月份，普惠公司成功制造了9臺驗證發(fā)動機，并進行了長達7400小時的驗證實驗，最終首臺EMD型F119發(fā)動機在1992年11月開始進行試驗，首次飛行試驗則在1996年7月完成。一直到2005年12月，F(xiàn)119發(fā)動機完成了所有必要的測驗和評估，正式裝備F-22戰(zhàn)機。
三、F119發(fā)動機技術(shù)分析1、完備的檢測系統(tǒng)
F119發(fā)動機的總重量達到了1360千克，渦輪前燃?xì)鉁囟冗_到了1850-1950K。F119發(fā)動機主要包含了風(fēng)扇、低壓渦輪、尾噴管、核心機、加力燃燒室、附件傳動機匣等6個不同的單元體，同時，還有全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，以及發(fā)動機檢測系統(tǒng)等，主要是為了隨時監(jiān)控發(fā)動機是否會出現(xiàn)突然故障，保障發(fā)動機的正常運行。
2、特殊的風(fēng)扇葉片
F119當(dāng)中的第一級風(fēng)扇葉片，采用了寬弦、空心設(shè)計而成，整個葉片由葉盆和葉背兩塊性板經(jīng)過擴散連接法，連接成為完整的葉片，在連接前，先將兩板結(jié)合處縱向挖出幾條明顯的槽道，并形成空腔。鈦合金制的三級風(fēng)扇轉(zhuǎn)子則是均采用整體葉盤結(jié)構(gòu) , 運用線性摩擦焊的加工方法來實現(xiàn)。 為了保證風(fēng)扇機匣剛性能夠?qū)崿F(xiàn)完全的一致、葉尖間隙均勻，風(fēng)扇機匣特意設(shè)計成了整環(huán)的、風(fēng)扇轉(zhuǎn)子也做成了可拆卸的，也就是說二級盤前后均帶鼓環(huán)，它們分別與一、三級盤連接。
F119的第一級風(fēng)扇葉片示意圖
F119發(fā)動機的高壓壓氣機還運用了進口導(dǎo)葉與一、二級導(dǎo)葉可調(diào)節(jié)的設(shè)計而成，前機匣運用Alloy C阻燃鈦合金，以降低整體的重量，此外，為了能夠增加高壓壓氣機出口處機匣的縱向剛性，整個燃燒室機匣選用了雙層結(jié)構(gòu)來打造，即外層是傳遞負(fù)荷用的，內(nèi)層則僅僅作為氣流的包容環(huán)使用。后來，這種設(shè)計被廣泛運用在了大型的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機當(dāng)中。
3、F119發(fā)動機的渦輪
F119發(fā)動機的高壓渦輪工作葉片，其選用的是普惠公司的第三代單晶材料制作而成，擁有先進的氣膜冷卻技術(shù)。渦輪盤采用了雙重?zé)岬奶幚矸绞?，用來適應(yīng)外緣與輪芯的不同要求，外緣部分采用了提高損容限能力的熱處理，整個輪芯的部分，則選用了提高強度的熱處理。值得注意的是，這種在一個零件上，同時選用兩種要求的熱處理的辦法，直到現(xiàn)在都相當(dāng)罕見。
F119發(fā)動機的低壓渦輪了，整個低壓渦輪和高壓渦輪的轉(zhuǎn)向剛好完全相反，因此，當(dāng)整個戰(zhàn)斗機在做機動飛行的時候，作用于兩轉(zhuǎn)子上的陀螺力矩會大部分進行相互抵消，在這樣的作用力下，就能夠減少外傳到飛機機身上的力矩了。另外，對裝在兩轉(zhuǎn)子中間的中介軸承，當(dāng)軸承內(nèi)外的轉(zhuǎn)向是相反的時候，將能夠大大降低保持架與滾子組合體的相對內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)速，也就是說，能夠增強封嚴(yán)的難度。
4、F119發(fā)動機的尾噴管
F119發(fā)動機的尾噴口可以上下偏轉(zhuǎn)，從而改變噴氣方向，使得飛機獲得額外的控制力矩這就是所謂的推力矢量技術(shù)。其突出特點是控制力矩與發(fā)動機緊密相關(guān)，而不受飛機本身姿態(tài)的影響。不采用推力矢量技術(shù)的飛機，發(fā)動機的噴流都是與飛機的軸線重合的，產(chǎn)生的推力也沿軸線向前，這種情況下發(fā)動機的推力只是用于克服飛機所受到的阻力，提供飛機加速的動力。利用氣動舵面進行操縱的常規(guī)飛機在迎角超過20-30°時已經(jīng)無法穩(wěn)態(tài)控制。而試驗證明，推力矢量飛機能在迎角大于70°時實現(xiàn)可控飛行，從而可以實施一系列有實戰(zhàn)意義的過失速機動動作，如赫布斯特機動、榔頭機動、大迎角機頭快速轉(zhuǎn)向和大迎角側(cè)滑倒轉(zhuǎn)機動等。能做這種機動的飛機在交戰(zhàn)時便于占據(jù)有利位置。因此，矢量發(fā)動機可以保證在飛機作低速、大攻角機動飛行而操縱舵面幾近失效時利用推力矢量提供的額外操縱力矩來控制飛機機動。
F-22的尾噴口可以上下偏轉(zhuǎn)從而獲得控制力矩，增強飛機的機動性能，但是推力的損失也比較大。
5、良好的維修性能
最后，則是發(fā)動機的可維修性了，F(xiàn)119的發(fā)動機在設(shè)計的時候，都會讓附件包括燃油泵的控制系統(tǒng)作為場外可換組件，而所用工具僅僅為11種標(biāo)準(zhǔn)的手動工具，在外場維修的時候，進行拆裝的固件不用開口銷，而采用B型落幕，擰緊螺母的時候，可以不用限扭扳手。而孔探儀的座控則設(shè)計成了無螺紋內(nèi)置式，所有的導(dǎo)管和導(dǎo)線都用了不同的顏色可以進行區(qū)分?；拖鋬?nèi)，也裝有可以直接進行目視的油位指示器，連接件設(shè)計成了可以快速進行拆卸和組裝的模式，這種突破在歷史上也算是相當(dāng)具有標(biāo)志性意義的。
對于之前的普通的噴氣發(fā)動機而言，要想使得飛機獲得超音速的飛行速度，發(fā)動機都是要開加力的，也就是在尾部再噴一次油，再進行一次點火燃燒。這會使得飛機的耗油率大增，一般只能持續(xù)幾分鐘，所以只能用于緊急情況下的快速機動。不可能長時間以這種狀態(tài)巡航飛行。
而F-22戰(zhàn)斗機上標(biāo)配的2臺F119發(fā)動機，能夠在不加力狀態(tài)下，以馬赫數(shù)大于1.4的速度進行持續(xù)飛行，快速接近戰(zhàn)區(qū)，并實現(xiàn)高空成功突防，這意味著，飛機的整體作戰(zhàn)能力，將于運用普通噴氣發(fā)動機的戰(zhàn)斗機，有直接的區(qū)別。F119發(fā)動機直到今天，仍然算是戰(zhàn)斗機動力裝置當(dāng)中，一次偉大甚至是革命性的成功和進步。在此基礎(chǔ)上，后來美國又開發(fā)出的F-35的發(fā)動機更是登峰造極。
五、結(jié)語作為美國普惠公司為20世紀(jì)90年代美國先進戰(zhàn)斗機F-22研制的小涵道比雙轉(zhuǎn)子加力渦扇發(fā)動機，整個F119的研發(fā)充分汲取了之前其他發(fā)動機所有的經(jīng)驗和教訓(xùn)，并且，還實現(xiàn)了低風(fēng)險、一體化的成功研制，整個發(fā)動機的風(fēng)險管理以及工程策略與方法，都是相當(dāng)成功的。直到現(xiàn)在，F(xiàn)119發(fā)動機，仍然是整個美國乃至世界上，屈指可數(shù)的先進且高效的戰(zhàn)斗機發(fā)動機。
（文/云端風(fēng)火）
