ck 订阅
相关博文
内容读取中…
推荐博文
内容读取中…
谁看过这篇博文
内容读取中…
字体大小: 正文
装备“台风”欧洲第四代战斗机的EJ200发动机 (2007-08-08 17:59:00)
 

EJ200发动机作为欧洲战斗机项目的历史遗产,其诞生和发展的历史要追溯到1982年。1982年英国的罗尔斯一罗伊斯公司和MoD公司开始着手为欧洲战斗机研制GX-40军用发动机,欧洲战斗机项目失败后,GX-40发动机的研制一直延续到1995年。

1986年,由英国罗-罗公司、意大利菲亚特公司、德国MTU公司、西班牙的涡轮喷气推进工业公司四国公司分别按照36%、30%、20%、14%的出资比例联合组建了欧洲发动机公司,致力于研发EJ200发动机。欧洲发动机公司成立后,相当一部分GX-40的研制成果都移植到新发动机的研制当中。

根据欧洲战斗机计划需求,并参照“狂风”战斗机的RB199发动机,对EJ200发动机提出了更高的性能要求:推力大,重量轻、体积小、结构简单和更好的经济性指标。如果这些要求不能完全达到,至少要求EJ200发动机与RB199外观尺寸相当,这给多国设计小组带来了很大的挑战。

预研设计

由于在发展过程中不断的优化设计,EJ200发动机的部件只有1800个,比RB199发动机整整少了1000多个,这不仅降低了整机的成本,提高了可靠性,而且还减轻了自身的重量。在EJ200发动机设计过程中还为今后的发展更新留有充分的余地,其中一部分改进现在正在进行之中。

与其他同类发动机相比,EJ200发动机最为显著的特征在于它巨大的涡轮叶片,这种设计有利于连续的跨音速和超音速飞行。三级低压风扇和五级高压压气机均采用叶弦较长的整体涡轮盘,可以有效地减轻部件的重量,同时使发动机获得更高的经济性能。

对于高压涡轮而言,由于在工作过程中要直接面对燃烧室出口的高温高压燃气,因此在工作时要求它在经受高温的条件下保持足够的强度。为了充分发挥发动机的功率性能,EJ200采用了提高燃烧室的温度方法,但同时燃烧室出口燃气温度也会提高。为了保持高压涡轮的正常工作,EJ200发动机在高压涡轮表面涂特殊的耐高温涂层,同时使用叶片冷却系统进行降温,使涡轮叶片在高温环境中能够正常工作。EJ200发动机采用了先进的空气流量控制系统,通过控制可调节的导流叶片来实现进气流量的控制。

EJ200发动机采用了全权数字式控制系统(FADEC),其核心是由德国MTU公司开发的数字式发动机控制单元(DECU)和燃油管理系统。此外,EJ200发动机还安装了罗一罗公司开发的发动机状态监控单元(EMU),这个单元能够自行诊断发动机故障,从设计结构上提高了发动机的可靠性和维护性。

EJ200发动机额定推力为60KN,加力推力为90KN。发动机涵道比为0.4:1,在不开加力的情况下就能实现超音速巡航,从而降低发动机燃油消耗率和发动机磨损,同时减少飞机红外辐射。

投入生产

第一台EJ200发动机于1991年装配完成并进行首次试车,此后生产了14台研制型EJ200-01A/01C发动机用于进行定型验证和可靠性测试。欧洲战斗机头两架验证机DA1、DA2号安装的是由罗一罗公司生产的RB199-04发动机,这种发动机外形尺寸与EJ200发动机相当,曾用于“狂风”F.3型战斗机。1995年4月4日,意大利空军的欧洲战斗机DA3号验证机首次装上了EJ200发动机,此后DA1、DA2号也先后换装了EJ200。1997年欧洲发动机公司生产的预制型EJ200-03A发动机通过了试飞验证。

1998年欧洲发动机公司与欧洲战斗机公司签署了第一批363台EJ200-101发动机的订购合同,这批发动机用于安装首批148架欧洲战斗机,现今已经陆续交付使用。第二批欧洲战斗机将在2005年至2009年生产,发动机需求量为519台,届时将会研制出第一批改进型EJ200发动机。第三批欧洲战斗机将在2009年到2014年生产,总共需求500多台更为先进的EJ200发动机。2001年6月1日,罗一罗公司的费顿厂出厂了首台按照产品规范设计生产的EJ200发动机,并将其交付给英国航宇公司的沃顿厂,安装于第一架IPA1号试验机上。2001年全年共生产了14台发电机,分别交付到四条飞机生产线上,截至2003年11月,EJ200发动机总共生产了104台。

EJ200从设计之初就充分考虑了维修性,由于采用了减少手工生产程序,而在很大程度上提高了可靠性,这也充分体现了商业合作的优势。另一个设计特点就是采用单元体结构,大部分部件都集成为若干个容易拆卸的单元体,发生故障时不需要拆卸整机就可以进行发动机的检修和单元体的替换,检修时间也提高到每400飞行小时进行一次检修。

升级和改造

到目前为止,EJ200发动机所有的技术参数测试都已完成并达到了“全面使用标准”(EIS),其中的飞行测试等级达到优秀,这标志着欧洲发动机公司在EJ200技术研制方面达到了一个新的里程碑。2001年3月8日,欧洲战斗机开发、生产和后勤管理局(NETMA)给欧洲发动机公司颁发了EJ200发动机的生产许可。即便如此,EJ200发动机也从未间断过升级和改造,其中包括了高压压气机和低压涡轮的部件延寿、燃烧室和燃油系统的优化设计以及高压涡轮的冷却系统的改进等。此外,EJ200发动机还达到了一项重要指标——所有的高温燃气部件及相关部件的使用寿命均达到1600小时。

创新和发展

目前,欧洲发动机公司正在为第二批EJ200发动机不断的进行升级改造,但这种升级不足以带来性能上的飞跃。一些重大的技术革新,例如推力矢量控制(TVC)喷管技术、通过改进降低寿命周期成本(LCC)等,将有望在第三批发动机上得到应用。

在现有的各种改进项目中,最引人注目的是由西班牙ITP公司和德国MTU公司合作研究的二维和三维推力矢量控制(TVC)喷管。1998年7月ITP公司在阿加利维的一个试车台进行矢量喷管试验实验,首次使用一台改装三维推力矢量控制喷管的EJ200发动机海平面静态进气条件试车, MTU公司也在斯图加特试验台进行了模拟高空进气实验。经过总共约300多小时试车,进行了360°圆周旋转全面测试,试验数据表明在加力状态下最大转角可以达到23.5°,最大回转角速度为110°/秒,同时可获得29KN的横向推力。

推力矢量技术最大的优势在于,用喷管的较小的喷管转角所产生的矢量推力控制飞机,取代传统使用气动舵面控制的方法,这不仅很大程度提升了飞机机动性能,而且能够有效的减少飞行阻力和飞机的重量。此外,推力矢量发动机还可以使飞行员在失速后控制飞机,因此这种飞机在传统定义的飞行包线外仍能安全飞行。虽然在现代空战中这种超机动性的价值是否能够充分体现还有待证实,但由推力矢量技术所带来的超短距起降(ESTOL)能力,使飞机能够实现更短距离内起降,这在战时严峻的起降环境下显得尤为可贵。

同时还重新设计或改进一些部件,以达到进一步提高发动机的可靠性、减轻发动机重量和对部分组件延寿的目的。2003年底,罗一罗公司开始着手发动机部件的延寿,另一项计划是把高温部件的寿命从1600小时提高到2000小时,相应的发动机寿命延长到6000小时。德国MTU公司最近在研制一种单体式数字控制与监控单元(DECMU)替代原有的两个分体结构单元。这项改进能够有效地减轻发动机的重量,同时更容易进行发动机故障监控,这个单元目前正在性能验证当中。此外,欧洲发动机公司计划进行一项发动机后期增效(FOC)改进,通过应用前沿科技进行革新,甚至能使发动机的性能超过设计标准同时降低周期寿命费用(LCC)。欧洲发动机公司将每一阶段的升级改进都做成不同类型的升级包供现有用户选择。

EJ200发动机主要性能参数
额定推力  60KN
加力推力  90KN
长度      4m
直径      0.85m
重量      1037Kg
推重比    9:1
涵道比    0.4:1
总增压比  25:1
风扇增压比 4.2:1
最大状态燃油消耗率 21-23g/KN/hour
加力状态平均燃油消耗率 47-49g/KN/hour
欧洲发动机公司还宣布,战时EJ200发动机的加力推力及额定推力分别可以上调5%和15%,但这将以损失发动机的寿命为代价。然而,小小的改进就可以使EJ200的平均性能(飞行包线中部)提升20-22%。最近出厂的改进机型提供了更大的推力,例如EJ2XX系列发动机的推力可达到103KN。今后还将继续进行改进,使发动机推力达到120KN,但这种改进涉及的部件较多,预计将要到第二批发动机的交付使用之后才能逐步实现。

其他应用

尽管EJ200发动机的研制目标是针对于欧洲战斗机而设计,但这并不意味着这种性能优异的发动机不能安装于其他战斗机上。欧洲发动机公司将EJ200发动机分为带加力和不带加力的两种版本,它们分别适合安装在教练机及轻型战斗机上,这将为提供一条更为EJ200创造一条更为宽广的发展道路。

评论(0)| 阅读 (0) | 收藏 (0) | 分享 | 打印 | 举报
评论 发表评论
发表评论
匿名评论(无需注册)
验证码:看不清楚数字吗?点击这里再试试。
新浪BLOG意见反馈留言板 不良信息反馈 电话:95105670 提示音后按2键(按当地市话标准计费) 欢迎批评指正

新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 会员注册 | 产品答疑

新浪公司 版权所有