与欧洲战斗机“台风”一样,欧洲喷气(Eurojet)公司的EJ200涡扇发动机也是多国共同努力的结果,是欧洲航空发动机工业在设计和工程学上的一个壮举。

  负责EJ200发动机研发、生产、维修支持和销售的欧洲喷气公司已经交付了超过1100台EJ200,截止2015年7月,这种发动机已驱动“台风”战斗机飞行了超过30万小时,达到了新的里程碑。EJ200在高性能和燃油效率上实现了很好的平衡。

  从架构、尺寸和重量上看,EJ200似乎是一种简单的小型发动机,而且这种双转子涡扇发动机在紧凑结构之中使用了很多成熟技术。EJ200直径740毫米,长3.99米,重量仅为1吨(2205磅),却能产生60千牛的非加力推力和约90千牛的最大加力推力(海平面静压),全加力推重比达9.175。

  “狂风”战斗机的涡轮联盟公司RB199发动机在直径上与EJ200相仿,仅长度短380毫米,非加力推力却足足少了20千牛。EJ200的低压压气机(LPC)和高压压气机(HPC)模块转子广泛使用整体叶盘制造技术,而且由于仅有一级高压涡轮(HPT)和一级低压涡轮(LPT),所以EJ200的零件数量从RB199的2845个减少到约1800个。

从架构、尺寸和重量上看,EJ200似乎是一种简单的小型发动机

性能

  一架“台风”战斗机安装两台EJ200,全加力推力180千牛,能使“台风”在高空轻松突破2马赫的速度。“台风”是目前唯一安装EJ200的飞机,因为EJ200的非加力推力也如此强劲,“台风”可在不开启加力的情况下进行超音速巡航(据说干净外形下速度可达1.5马赫)。在轻载情况下,“台风”的最大军推推重比大于1,意味着该机即使在垂直爬升中也能加速。

  欧洲喷气有限公司是一个跨国财团,由英国罗尔斯·罗伊斯、德国MTU、意大利阿维奥航空和西班牙ITP公司按各自的研发和生产份额出资组建。

  欧洲喷气公司在制定EJ200发动机的性能参数时偏重于亚音速性能和耗油率,但同时也希望发动机的非加力推力较高以确保良好的超音速性能;还希望发动机能有一套复杂的加力系统,使“台风”快速平滑加速;设计师们还希望这种发动机可靠性好、易于维护、易于更换,在使用寿命方面不逊于同级别发动机(如通用电气F414)。

  为了满足亚音速低耗油率要求,欧洲喷气公司的设计师决定把涵道比设置在0.4,让外涵冷空气绕过核心机进入加力燃烧室与内涵道气流混合。

  当然,这个涵道比与客机涡扇发动机相比仍然很低,要知道庞巴迪CS100客机的普惠PW1521G发动机的涵道比已经达到了12。对于EJ200来说,增加的外涵气流不仅有助于提高亚音速燃油效率,还能满足加力燃烧室的再燃烧需求。为了满足平滑加速要求,EJ200采用了创新性的三级加力燃烧室设计。EJ200的耗油率在全加力时是47-49克/千牛·秒,最大非加力时是21-23克/千牛·秒。

一架“台风”战斗机安装两台EJ200,全加力推力180千牛,能使“台风”在高空轻松突破2马赫的速度

低压压气机

  与商用涡扇发动机不同,EJ200上并不存在一个单独的风扇级,而是一个三级低压压气机模块,这也就是为什么欧洲喷气公司强调EJ200没有风扇只有低压压气机模块的原因。低压压气机的每一级都采用宽弦3D气动叶片压缩并驱动来自飞机可调下唇边进气口的气流进入下一级。进气口的可调下唇边可以增加进气效率并优化进入发动机的气流,这在低速飞行中非常重要。

  低压压气机的每一级都采用整体叶盘设计,取消了传统设计中安装在轮盘上的可拆卸叶片,使发动机零件数量大大降低,从而降低了用户的维护工作量和零件库存成本。第三级低压压气机之后有一组可调进口导向叶片,这也是整个发动机中唯一的导向叶片,这也EJ200的一大设计特点。整个低压压气机模块的压比为4.2。

与商用涡扇发动机不同,EJ200上并不存在一个单独的风扇级,而是一个三级低压压气机模块

进气口的可调下唇边可以增加进气效率并优化进入发动机的气流,这在低速飞行中非常重要

高压压气机

  与低压压气机一样,五级高压压气机模块中的前三级也采用整体叶盘设计,进一步降低了零件数量。由于高压压气机模块的最后两级要承受很高的压力和温度,有可能造成叶片损伤,所以还是采用传统可拆卸叶片设计,更换叶片肯定比更换叶盘便宜。

  高压压气机模块的压比为6.2,所以空气在进入EJ200的环形燃烧室前,体积已经被压缩到仅为原先的1/26,同级发动机要用9-10级压气机才能达到EJ200 8级压气机的压缩水平。EJ200的高低压压气机的叶片都采用3D气动设计,这就是压缩效率高的秘密。

五级高压压气机模块中的前三级也采用整体叶盘设计,进一步降低了零件数量

由于高压压气机模块的最后两级要承受很高的压力和温度,有可能造成叶片损伤,所以还是采用传统可拆卸叶片设计

环形燃烧室

  EJ200的环形燃烧室里有一系列燃油喷嘴向进入燃烧室的气流喷射燃油,燃油和空气混合成“微喷雾”,也就是欧洲喷气公司所说的“优化供油”技术。让空气和燃油在燃烧前充分混合能使燃油燃烧得更完全,从而降低氮氧化物(NOx)排放,不会形成烟迹。虽然军用飞机不必像民用飞机那样担心环境问题,但也不希望拖着尾烟飞行,因为这会大大增加被目视发现的距离。

  燃烧室燃气的最高温度数值是保密的,一般报道为1527摄氏度,这个温度已经高于多数涡扇发动机了。欧洲喷气公司在发动机热端部件上采用了复杂的冷却技术,如燃烧室、单级高压涡轮叶片和定子、单级低压涡轮叶片上。