F101渦輪風扇發動機

名 稱 F101系列加力渦扇發動機

牌 號 F101

用 途 軍用渦扇發動機

類 型 渦輪風扇發動機

國 家 美國

廠 商 通用電氣公司航空發動機集團

生產現狀 已停產

裝機對象 F101-GE-100 B-1A（中途停止）。

F101-GE-102 B-1B。

F101-GE-F25 隱身轟炸機和隱身戰鬥機。

基本介紹

• 中文名：F101渦輪風扇發動機
• 用  途：軍用渦扇發動機
• 牌  號：F101
• 國  家：美國

概況

F101-GE-F28　“曙光女神”3發飛機。

研製情況

F101是美國通用電氣公司為戰略轟炸機B-1研製的中等涵道比加力渦扇發動機。它的研製過程可以追溯到60年代中期，當時該公司正按美國空軍契約實施第二代先進渦輪發動機燃氣發生器計畫，編號為GE9。在1969年為爭奪用於先進有人駕駛戰略轟炸機的競爭中，GE9驗證機獲勝，從而導致在1970年6月美國空軍與該公司簽訂一項4.06億美元的全面研製契約，其中包括40台原型機，發動機正式編號為F101-GE-100。1971年10月核心機首次試驗，1972年7月全台發動機開始運轉。試飛前規定試驗於1974年3月完成，同年12月沒有經過空中試車台試驗而直接裝在B-1A原型機上試飛。1976年9月通過相當於通常的型號合格試驗(MQT)的產品考核(PV)試驗。1977年6月，上台不久的卡特政府認為，B-1A飛機的造價太高，而新研製的巡航飛彈便宜而有效，並且B-52轟炸機還可用到80年代，所以決定停止B-1A計畫。但F101-GE-100的試驗計畫仍一直繼續到1981年，在後續工作發展計畫的名義下，加速發動機的成熟，延長零部件的壽命，降低生產成本和後勤保障費用。最後，地面試驗積累了40000h以上，飛行試驗積累了7600h，發動機達到了可以投入使用的水平。總的研製費用為6.21億美元。

為滿足B-1A轟炸機既能在高空以M>2飛行、又能在低空跨音速突防、同時具有洲際航程的要求，對發動機來說，首先要求耗油率低併兼有大的加力比。為此，通用電氣公司選擇了中等涵道比、高增壓比的加力渦扇循環。在研製中，利用該公司過去的J79、TF39發動機以及一系列研究和技術計畫的成果，如1965年開始的先進渦輪發動機燃氣發生器計畫，採用Rene系列高溫鎳基合金、雷射打孔、摩擦焊、先進的冷卻技術和控制技術，F101是首次用紅外線高溫計作為其調節系統參數之一的發動機。高溫計測取72片高壓渦輪葉片的平均溫度。當溫度達到極限時，調速器將限制燃油流量和風扇轉速。為便於維修，F101採用單元體結構並設有許多孔探儀檢查口。

F101是研製中全面貫徹美國空軍1969年制訂的發動機結構完整性大綱的第一台發動機。該大綱的貫徹主要通過以下四條措施來保證。

(1)遵循嚴格的結構設計準則。在準則中，對發動機耐久性方面的要求有：發動機冷、熱端部件壽命分別為13500h和4000h，或2700齪?00個低周疲勞循環。在預估壽命時要按上述兩倍考慮。

(2)採用先進的結構設計和分析方法，如有限元素法、迴轉體、葉柵和系統動力學等電子電腦程式，合理設計各種零件。

(3)進行大量的結構強度和壽命試驗。在研製中，共用40多台發動機作各種整機、部件和系統試驗。F101是首次採用加速任務試驗的發動機。

(4)採用先進的測試儀器和壽命監控系統，除採用加速度計、紅外線高溫計等測振、測溫措施外，在B-1A轟炸機上加裝中央綜合試驗分系統來監控發動機的關鍵參數。在使用中，可將記錄的數據處理，計算出各零部件的剩餘壽命，結合外場維護和孔探儀檢查情況，實現視情維護原則。

1981年10月2日，美國里根政府決定重新生產100架B-1B戰略轟炸機。於是，1982年美國空軍給予通用電氣公司一項1.822億美元的全面研製契約，包括3台F101-GE-102原型機，用於性能和結構完整性試驗。以後陸續簽訂了3項契約：1.25億美元用於生產4台發動機和長周期項目的準備；2.859億美元用於生產37台發動機；以及15.8億美元用於生產428台發動機。

F101-GE-102型　與-100型基本相同，但耐久性有進一步提高，並根據B-1B的作戰任務作了一些小的修改。通用電氣公司為F101-GE-102制訂了一項充分的試驗計畫。在3台原型機中：

1號原型機在1983年9月完成2組各由381個循環組成的加速任務試驗，實際運轉800h，相當於在B-1B上10年的使用壽命；

2號原型機在1984年秋季完成加速任務試驗，驗證了10000h的冷端壽命和3000h的熱端壽命；

3號原型機供生產定型用，於1983年9月通過定型並正式交付給美國空軍。

F101-GE-25　F101的不加力型，可能用於兩種超音速的隱身飛機。

F101-GE-28　F101的又一種不加力型，可能用於美國空軍一種高度保密的飛機。

構造

結構和系統

(F101-GE-100)

進 氣 口　環形。20個進口導流葉片，前緣固定，起支板作用，後緣可調。熱空氣防冰。

風　扇　2級軸流式。實心鈦合金工作葉片帶冠，水平對開鈦合金蜂窩結構機匣。壓比2.0，轉速7710r/min。

壓 氣 機　9級軸流式。零級和前5級靜子葉片可調。前3級轉子葉片為鈦合金，後6級為A286鋼。轉子為慣性焊接盤鼓式，前3級盤為鈦合金，後6級為DA718鋼。轉子和靜子葉片均可單獨更換。水平對開機匣，前段為鈦合金，後段為IN718。壓比12.5。

燃 燒 室　短環形。火焰筒由Hastelloy X合金經機加工製成。燃油經20個雙錐噴嘴和小渦流杯在高能氣流剪下作用下霧化，實現無煙燃燒。

高壓渦輪　單級軸流式。高負荷氣冷葉片，用衝擊和氣膜冷卻。轉子葉片材料為DSR80H，盤為DA718。機匣內襯扇形段，通冷卻空氣進行主動間隙控制。轉子和靜子葉片可單獨更換。

低壓渦輪　2級軸流式。葉尖帶冠，非冷卻。轉子葉片均可單獨更換，導向葉片分段更換。盤材料為DA718。

加　力

燃 燒 室　混合流型。盤旋式混合器使內、外涵氣流有效混合併燃燒。筒體材料為IN625。

尾 噴 管　收擴式。由鉸接的魚鱗板組成主、副噴管，由作動筒、移動杯、凸輪和連桿組成液壓機械式作動機構。

控制系統　機械液壓式。帶電子式調整器，可以對風扇轉速、渦輪轉子葉片溫度和尾噴管面積進行控制。此外，還有中央綜合測試系統，不斷監控發動機性能。

燃油系統　維克斯公司的主燃油泵和噴管液壓泵。森德斯特蘭德公司的燃油增壓泵。派克-漢尼茲公司的燃油活門組件和燃油噴嘴。伍德沃德公司的燃油控制器和感測器。

滑油系統　整體式滑油和液壓油箱。

技術數據

最大起飛推力(daN)

F101-GE-100　13338(加力)

7561(中間)

-102　13681(加力)

7561(中間)

-25　 7120(中間)

-28　 8012(中間)

起飛耗油率[kg/(daN·h)]

F101-GE-100　2.24(加力)

0.56(中間)

推重比

F101-GE-100　7.50

-102　7.69

空氣流量(kg/s)

F101-GE-100/-102　 159

涵道比

F101-GE-100/-102　 2.01

總增壓比

F101-GE-100/-102　 26.5

渦輪進口溫度(℃)

F101-GE-100/-102　 1371

最大直徑(mm)

F101-GE-100/-102　 1397

長度(mm)

F101-GE-100/-102　 4600(含進氣錐)

質量(kg)

F101-GE-100/-102　 1814