Авиационный двигатель General Electric F110: история и разработка

Введение

Реактивный двигатель

General Electric F110 – турбовентиляторный реактивный двигатель с форсажной камерой, производимый компанией GE Aerospace (ранее GE Aviation). Он был разработан на базе General Electric F101 как альтернатива двигателю Pratt & Whitney F100 для оснащения тактических истребителей, а первыми платформами стали F-16C Fighting Falcon и F-14A+/B Tomcat; впоследствии F110 стал использоваться и на новых модификациях F-15 Eagle. Производство двигателя также осуществляется корпорацией IHI в Японии, TUSAŞ Engine Industries (TEI) в Турции и Samsung Techwin в Южной Корее по лицензионным соглашениям. F118 – это вариант F110 без форсажной камеры, который устанавливается на стелс-бомбардировщик Northrop B-2 и разведывательный самолет Lockheed U-2S.

Проектирование и разработка

F110 появился в результате объединения усилий в 1970-х годах компании General Electric по возвращению на рынок авиационных двигателей для истребителей США и стремления ВВС США решить проблемы с надежностью, долговечностью и обслуживанием двигателей Pratt & Whitney F100, устанавливаемых на F-15 и F-16. В 1975 году General Electric использовала собственные средства для разработки F101X, модификации своего двигателя F101 для бомбардировщика B-1; F101X унаследовал большую часть базовой конструкции, но получил вентилятор меньшего размера, усовершенствованный на базе F404, чтобы его термодинамический цикл и тяга лучше соответствовали требованиям истребительного двигателя. Сходящаяся-расходящаяся форсажная насадка также была разработана на основе F404. Отмена программы B-1A администрацией Картера (в пользу бомбардировщика нового поколения, ставшего B-2) привела к потере заказов для General Electric и усилила стремление предложить F101X для рынка истребительных двигателей. Двигатель вызвал интерес в рамках программы ВВС США по разработке модификаций двигателей (EMDP), и в 1979 году его финансирование началось как F101 DFE (F101 Derivative Fighter Engine – истребительный двигатель на базе F101). ВВС США рассматривали F101 DFE как потенциальную альтернативу F100, а также как способ стимулировать Pratt & Whitney к улучшению характеристик F100 и устранению его недостатков. После завершения наземных испытаний в 1980 году F101 DFE был впервые установлен на F-16 для летных испытаний, где продемонстрировал значительное улучшение характеристик и управляемости по сравнению с существующим F100. В 1982 году ВВС США начали полномасштабную разработку F101 DFE в качестве альтернативы F100 для оснащения будущих серийных F-15 и F-16; в конечном итоге двигатель был выбран для F-16 и получил обозначение F110 GE 100. Угроза со стороны F110 была названа одной из причин, побудивших Pratt & Whitney ускорить устранение проблем F100 и разработать улучшенную модификацию F100 PW 220. Стремясь снизить стоимость и повысить эффективность подрядчиков, ВВС США в 1983 году организовали конкурс на поставку альтернативного истребительного двигателя (AFE) между F100 и F110, получивший прозвище «Великая двигательная война», где контракт на поставку двигателя должен был быть разыгран на конкурсной основе. ВВС США закупали оба двигателя, начиная с 1984 года, при этом условия контрактов пересматривались каждый финансовый год, а соотношение F100 и F110 варьировалось в зависимости от результатов конкурса; конкурсы завершились в 1992 году. F101 DFE также был испытан на прототипе F-14B в 1981 году, и самолет продемонстрировал значительное улучшение характеристик по сравнению с существующим Pratt & Whitney TF30. Хотя дальнейшие испытания были приостановлены ВМС США в 1982 году, они использовали результаты оценки AFE, проведенной ВВС, для выбора силовой установки для будущих F-14. В 1984 году ВМС США выбрали F101 DFE и присвоили ему обозначение F110 GE 400. В отличие от амбициозных целей F100, ориентированных на высокую тягу и малый вес, F110 делал больший акцент на балансе между надежностью, управляемостью и характеристиками. Вентилятор и направляющие лопатки воздухозаборника были спроектированы для обеспечения плавного потока воздуха и повышения устойчивости к срыву компрессора. Двигатель оснащен электронной и гидромеханической системой управления, которая допускает резкое изменение положения дроссельной заслонки. Основное различие между модификациями 100 и 400 заключается в том, что форсажная камера последней примерно на 50 дюймов длиннее. Модификация 100, устанавливаемая на F-16C/D Block 30/40, обеспечивала статическую тягу на нефорсажном режиме и на форсаже; аналогичные показатели для модификации 400, устанавливаемой на F-14B/D, составляли и соответственно.

The F110 emerged from an intersection of efforts in the 1970s by General Electric to reenter the U. S. fighter engine market and the U. S. Air Force's desire to address the reliability, longevity, and maintenance issues with the Pratt & Whitney F100 engines that powered its F 15s and F 16s. In 1975, General Electric used its own funds to begin developing the F101X, a derivative of its F101 engine for the B 1 bomber; the F101X would inherit much of the core design while having a smaller fan that was upscaled from the F404 so that its thermodynamic cycle and thrust were better suited for a fighter engine. The convergent divergent iris nozzle was also derived from the F404. The cancellation of the B 1A by the Carter Administration (in lieu of the Advanced Technology Bomber which became the B 2) meant a loss of business for General Electric, and provided further impetus to provide the F101X for the fighter engine market. The engine attracted the interest of the Air Force's Engine Model Derivative Program (EMDP), and in 1979 began funding it as the F101 Derivative Fighter Engine, or F101 DFE. The Air Force saw the F101 DFE as a potential alternative to the F100 and also a way to coerce better performance from Pratt & Whitney in addressing issues with the F100. Following the completion of ground tests in 1980, the F101 DFE was first fitted on an F 16 for flight testing, where it showed considerable improvement in performance and operability over the existing F100. In 1982, the Air Force began the full scale development of the F101 DFE as an option to compete with the F100 for application in future F 15 and F 16 production; the engine was eventually selected for the F 16 and designated the F110 GE 100. The threat by the F110 has been cited as a reason for Pratt & Whitney to more quickly rectify the issues affecting the F100 and developing the improved F100 PW 220 variant. Seeking to drive unit costs down and improve contractor performance, the Air Force implemented the Alternate Fighter Engine (AFE) competition between the F100 and F110 in 1983 in what was nicknamed "The Great Engine War", where the engine contract would be awarded through competition. The Air Force would buy both engines starting in 1984, with contracts being competed every fiscal year and the percentages of F100 versus F110 would vary based on contract; the competitions eventually ended in 1992. The F101 DFE was also tested in the F 14B prototype in 1981, and the aircraft saw considerable performance improvement over the existing Pratt & Whitney TF30. Although further testing was halted by the Navy in 1982, it would use the results of the Air Force's AFE evaluation to choose the powerplant for future F 14s. The F101 DFE was eventually chosen by the Navy in 1984 and was designated the F110 GE 400. In contrast to the ambitious raw performance goals for the F100 of high thrust and low weight, the F110 placed a greater emphasis on balancing between reliability, operability, and performance. The fan and inlet guide vanes were designed to smooth airflow to increase resistance to compressor stalls. The engine has an electronic and hydromechanical control system that was forgiving of rapid throttle inputs. The main difference between the 100 and the 400 is the latter's augmentor, or afterburner section, being about 50 inches longer. The 100, used on the F 16C/D Block 30/40, had an uninstalled static thrust of in intermediate power and in afterburner; the figures for the 400, used on the F 14B/D, were and respectively.

Дальнейшее развитие событий

В середине 1980-х годов ВВС США стремились к увеличению мощности своих тактических истребителей и начали программы модернизации двигателей (IPE) для F100 и F110, с целью достижения тяги в соответствующем классе, сохраняя при этом надежность, достигнутую в F100 PW 220 и F110 GE 100. Результатом стали Pratt & Whitney F100 PW 229 и General Electric F110 GE 129. По сравнению с F100, F129 включал в себя усовершенствования компонентов, в том числе систему полноавтоматического цифрового управления двигателем (FADEC), что позволило достичь максимальной тяги в более широком диапазоне условий и на большей части полетной характеристики, сохраняя при этом 80% общих компонентов; степень двухконтурности была снижена до 0,76. F129 развивает тягу в промежуточном режиме и в режиме форсажа, и впервые был установлен в 1992 году на F-16C/D Block 50; этот двигатель также использовался для оснащения модернизированных вариантов F-15E, начиная с F-15K для Южной Кореи. Бесфорсажный вариант F110, обозначенный как F118, использовался для стратегического бомбардировщика B-2 и модернизированного разведывательного самолета U-2S. Вариант F110 GE 100, оснащенный трехмерным осесимметричным соплом управления вектором тяги, получивший название Axisymmetric Vectoring Exhaust Nozzle (AVEN) от General Electric, был испытан на специально модифицированном F-16 под названием NF-16D VISTA в рамках программы Multi Axis Thrust Vectoring (MATV). Разработка дальнейшей модернизации F110, F110 GE 132, началась в 2000 году, изначально он назывался F110 GE 129EFE (Enhanced Fighter Engine). Летные испытания двигателей начались в 2003 году, а первая поставка состоялась в 2005 году. Некоторые технологии, использованные в F132, также применяются в рамках программы продления срока службы F110 (SLEP).

Ф-14

F-14A поступил на вооружение ВМС США в 1973 году с двигателями Pratt & Whitney TF30. К концу десятилетия, после многочисленных проблем с оригинальным двигателем (и аналогичных проблем с F100 на F-15 и F-16), Министерство обороны начало закупку модернизированных TF30 P-414A. Хотя эти двигатели решили проблемы с эксплуатацией, расход топлива и тяга были сопоставимы с начальной моделью – значительно меньше, чем было запланировано для F-14; первоначально разработанный для F-14 Pratt & Whitney F401, усовершенствованная морская версия конструкции F100, также был отменен из-за стоимости и проблем с надежностью. После изучения результатов оценки AFE ВВС, ВМС выбрали F101 DFE для переоборудования F-14 в 1984 году, вариант был обозначен как F110 GE 400; основное различие между 400 и F110 GE 100 ВВС заключается в длине – у 400 было удлинение сопла, адаптированное к фюзеляжу F-14, которое устанавливалось ниже по потоку от камеры сгорания (секции форсажной установки). Двигатель развивал тягу на не установленном двигателе с включенным форсажем; тяга на установленном двигателе с включенным форсажем на уровне моря составляла , которая возрастала до на скорости 0,9 Маха. Это было сопоставимо с первоначально задуманным F401 и обеспечивало значительное увеличение по сравнению с максимальной тягой TF30 в 20 900 фунтов силы (93 кН). Эти модернизированные самолеты первоначально назывались F-14A+, прежде чем были переобозначены как F-14B, как и новые серийные самолеты, оснащенные F110. Тот же двигатель использовался и в финальной модификации самолета – F-14D. Предлагаемые модернизированные варианты F-14, такие как Super Tomcat 21 (ST-21), должны были оснащаться F110 GE 429, морской версией F110 GE 129 IPE.

Ф-16

F-16 Fighting Falcon поступил на вооружение с турбореактивным двигателем Pratt & Whitney F100 с форсажной камерой. В 1984 году ВВС США, стремясь снизить стоимость единицы техники, реализовали программу "Alternate Fighter Engine" (AFE), в рамках которой контракт на двигатель должен был быть заключен по результатам конкурса. По состоянию на июнь 2005 года 86% F-16C/D ВВС США были оснащены двигателями F110. В то время как F110 GE 100 может обеспечивать большую тягу, чем F100 PW 200, для полной реализации потенциала двигателя требуется больший поток воздуха; стандартный воздухозаборник с нормальной ударной волной (NSI) ограничивал возможности F110. Это привело к увеличению площади воздухозаборника для MCID. F-16C/D Block 30/32 стали первыми самолетами, построенными с унифицированным отсеком двигателя, способным принимать оба типа двигателей, причем Block 30 оснащались увеличенным воздухозаборником MCID (также известным как "Big Mouth") для F110, а Block 32 сохранили стандартный воздухозаборник для F100. F-16C/D Block 30 и 40 были оснащены двигателями F110 GE 100, а Block 50 – двигателями F110 GE 129 IPE. F-16E/F Block 60, состоящие на вооружении Объединенных Арабских Эмиратов, оснащаются двигателями F110 GE 132, как и предлагаемый Lockheed Martin Tata F 21, основанный на Block 60 и первоначально обозначенный как F 16IN для участия в конкурсе MMRCA ВВС Индии. Два варианта F-16 – Mitsubishi F-2 и General Dynamics F-16XL – оснащаются двигателями 129 IPE. 24 апреля 2024 года компания IHI объявила о проведении Министерством земли, инфраструктуры, транспорта и туризма Японии расследования в отношении ее дочерней компании IHI Power Systems Co., которая с 2003 года фальсифицировала данные о двигателях, что затронуло более 4000 двигателей по всему миру.

Ф-15

Хотя ВВС выбрали двигатель Pratt & Whitney F100 PW 229 в качестве IPE для F-15E Strike Eagle, пара двигателей F110 GE 129 была установлена на одном самолете для проведения лётных испытаний. Южная Корея выбрала двигатель 129 для оснащения 40 истребителей F-15K, что стало первым случаем, когда серийные F-15 получили двигатели производства General Electric. Производство двигателей осуществлялось по совместной лицензии с компанией Samsung Techwin. Этот двигатель также был выбран ВВС Республики Сингапур (RSAF) для оснащения их F-15SG. F-15E был в дальнейшем модернизирован в Advanced Eagle с новой системой управления fly-by-wire, включающей в себя FADEC от F110 GE 129. Advanced Eagle послужил основой для F-15SA Саудовской Аравии, F-15QA Катара и F-15EX ВВС США.

Варианты

F110 GE 100: Первоначальный вариант, разработанный на базе F101 DFE (Derivative Fighter Engine), устанавливается на F-16 Block 30 и 40. F110 GE 400: Морская модификация 100 с удлиненным последующим соплом (50 дюймов) для установки на F-14, используется на F-14A+ (впоследствии обозначенном как F-14B) и F-14D. F110 GE 129: Модернизированный вариант двигателя, устанавливается на F-16 Block 50 и 70, а также на F-15SG, SA, QA и EX. F110 GE 132: Дальнейшее развитие с увеличенной тягой, устанавливается на F-16 Block 60.