Введение

Постфорсажный турбовентиляторный двигатель, который приводит в действие истребители F-15 Eagle и F-16 Fighting Falcon.

Двигатель Pratt & Whitney F100 (фирменное обозначение JTF22) – это турбовентиляторный двигатель с форсажной камерой, разработанный и производимый компанией Pratt & Whitney для обеспечения энергией инициативы ВВС США "FX" в 1965 году, которая привела к созданию истребителя F-15 Eagle. Разработка этого двигателя планировалась параллельно с двигателем F401, имеющим схожую конструкцию основной части, но с увеличенным вентилятором для истребителя F-14 Tomcat ВМС США. Однако от разработки F401 впоследствии отказались из-за высокой стоимости и проблем с надежностью. Двигатель F100 также использовался на истребителе F-16 Fighting Falcon в рамках программы ВВС по созданию легкого истребителя (LWF).

Разработка

В 1967 году ВМС и ВВС США выпустили совместный запрос предложений (RFP) на двигатели для F-14 Tomcat и FX, что положило начало параллельному конкурсу по разработке истребителей, в результате которого в 1970 году был создан F-15 Eagle. Эта программа двигателей получила название IEDP (Initial Engine Development Program) и финансировалась и управлялась из Отдела аэронавтических систем (ASD) на авиабазе Райт-Паттерсон. В рамках ASD была сформирована группа проектных офисов систем для управления этапом определения характеристик как самолета FX, так и двигателя. Отдел турбинных двигателей Лаборатории авиационных двигателей ВВС был привлечен для поддержки инженерных оценок технических рисков, проводимых ASD Systems Engineering. После выбора F-15 инженерный состав ASD стал Офисом системного проекта F-15. IEDP был задуман как конкурентный этап проектирования и демонстрации двигателей, за которым следовал отбор одного победителя и запуск программы разработки. General Electric и Pratt & Whitney получили контракты на реализацию примерно 18-месячной программы, целью которой было увеличение тяги и снижение веса для достижения соотношения тяги к весу, равного 8. По завершении IEDP компании General Electric и Pratt & Whitney представили предложения по своим двигателям-кандидатам для самолета, выбранного в конкурсе FX – McDonnell Douglas F-15. Предложение Pratt & Whitney было признано победителем, и двигатель получил обозначение F100. В 1970 году ВВС США заключили с Pratt & Whitney контракт на разработку и производство двигателей F100 PW 100 (для ВВС США) и F401 PW 400 (для ВМС США). ВМС США планировали использовать этот двигатель в проектах F-14B и XFV-12, но после неудачи последнего из-за высокой стоимости и проблем с надежностью сократили и впоследствии отменили заказ, предпочтя продолжить использование двигателя Pratt & Whitney TF30, установленного на F-111, на своих F-14.

Конструкция и варианты

F100 – это двухконтурный турбовентиляторный двигатель с форсажной камерой. Он оснащен 3-ступенчатым вентилятором, приводимым в движение двухступенчатой турбиной низкого давления, и 10-ступенчатым компрессором, приводимым в движение двухступенчатой турбиной высокого давления. Первоначальный вариант F100 PW 100 развивает почти тяги при включенном форсаже и весит приблизительно , достигая целевого отношения тяги к весу, равного 8, и обеспечивая F-15 необходимое отношение тяги к весу, превышающее 1:1 при боевой массе.

F100-PW-100

F100 PW 100 совершил первый полет на F-15 Eagle в 1972 году с максимальной непрерывной мощностью, военной мощностью и форсажной тягой с 5-минутным ограничением. В связи с передовой конструкцией двигателя, обусловленной амбициозными задачами по производительности, в первые годы эксплуатации возникло множество проблем, включая повышенный износ, срыв работы и "жесткие" запуски форсажной камеры. Эти "жесткие" запуски могли быть вызваны как неудачным запуском форсажной камеры, так и ее погасанием после запуска; в обоих случаях большие струи топлива воспламенялись выхлопными газами двигателя, создавая ударные волны высокого давления, приводящие к срыву работы двигателя. Эти срывы обычно происходили на высоких скоростях и больших высотах и могли серьезно повредить турбину, если не были устранены. Причиной проблем также было то, что пилоты делали более резкие изменения тяги, чем на предыдущих истребителях и двигателях, из-за избыточной доступной тяги. Первоначальные проблемы были в конечном итоге решены с разработкой F100 PW 220 в начале 1980-х годов, до уровня которой можно было модернизировать F100.

F100-PW-200

F-16 Fighting Falcon поступил на вооружение с двигателем F100 PW-200; по сравнению с F100 PW-100, двигатель PW-200 имеет дополнительные резервы для обеспечения надежности при работе одного двигателя и практически идентичные характеристики тяги. В частности, в конструкции PW-200 был внедрен "близкий разделитель", который снизил интенсивность ударных волн высокого давления при "жестком" запуске форсажной камеры. Это значительно уменьшило частоту срывного потока и повысило надежность PW-200 на F-16 по сравнению с PW-100 на F-15, хотя некоторые проблемы, свойственные PW-100, сохранялись. Позднее эти проблемы были окончательно решены в двигателе F100 PW-220, до уровня которого можно было модернизировать и PW-200.

F100-PW-220/220E

Из-за неудовлетворительной надежности, высоких затрат на обслуживание и ограниченного срока службы F100 100/200, компания Pratt & Whitney в конечном итоге оказалась под давлением необходимости модернизировать двигатель для устранения этих проблем. ВВС также начали финансировать разработку двигателя F101 Derivative Fighter Engine от General Electric, который впоследствии стал F110, в качестве конкурента F100, чтобы стимулировать Pratt & Whitney к более активным действиям. Результатом усилий Pratt & Whitney по улучшению стал F100 PW 220, который практически полностью устранил проблемы с потерей тяги и нестабильностью форсажной камеры, характерные для двигателя 100, а также удвоил межремонтный ресурс. Надежность и затраты на обслуживание также были значительно улучшены, а двигатель оснащен цифровой электронной системой управления (DEEC). Двигатель 220 развивает статическую тягу в военном (промежуточном) режиме и тягу с форсажем, лишь незначительно уступающую статичной тяге двигателей 100/200, но обладает лучшей динамической тягой на большей части диапазона. F100 220 был представлен в 1986 году и устанавливался на самолеты F-15 и F-16, постепенно заменяя двигатели 100/200. В 1984 году ВВС США запустили программу "Alternate Fighter Engine" (AFE), получившую прозвище "Великая война двигателей", в рамках которой контракт на поставку двигателей должен был быть разыгран в конкурсе. F100 PW 220 стал первым предложением Pratt & Whitney в программе AFE, конкурируя с General Electric F110 GE 100. Первыми самолетами, построенными с унифицированным двигательным отсеком, способным принимать как существующие двигатели F100 200/220 (Block 32), так и F110 100 (Block 30), стали F-16C/D Block 30/32. Бесфорсажная модификация F100 PW 220U используется для привода беспилотного летательного аппарата Northrop Grumman X-47B UCAV. Двигатели серий 100 и 200 могли быть модернизированы до уровня спецификаций 220; обозначение "E" в 220E означает "эквивалентный" и присваивается двигателям, прошедшим такую модернизацию.

F100-PW-229

F100 PW 229 и его конкурент, General Electric F110 GE 129, стали результатом стремления ВВС США к увеличению мощности своих тактических самолетов в рамках программы Improved Performance Engine (IPE) в 1980-х годах. Разработка велась под обозначением PW1128; помимо увеличенной тяги, двигатель 229 включает в себя улучшения надежности и долговечности, реализованные в модели 220, а также усовершенствованный DEEC. По сравнению с более ранними модификациями, 229 характеризуется более высокой температурой газов на входе в турбину, увеличенным воздушным потоком и пониженным двухконтурным соотношением. Первый двигатель был испытан в 1989 году и развивал тягу (на сухом ходу/с промежуточной тягой) и с форсажной камерой. Двигатель 229 устанавливается на поздние модификации F-16C/D Block 52 и F-15E. Вариант 229, оснащенный трехмерным осесимметричным соплом с управляемым вектором тяги, получившим от Pratt & Whitney название Pitch/Yaw Balance Beam Nozzle (P/YBBN), был испытан на самолете F-15 ACTIVE (Advanced Control Technology for Integrated Vehicles) в 1990-х годах. В 2007 году началась разработка F100 PW 229EEP (пакета модернизации двигателя) с целью повышения надежности и увеличения ресурса между капитальными ремонтами. Это было достигнуто за счет применения технологий, разработанных для F100 PW 232 (см. ниже), который, в свою очередь, использовал технологии и достижения программы F119 для F-22, а также (для 229EEP) – программы F135 для F-35; 229EEP включает в себя обновленные материалы турбины, методы управления охлаждением, аэродинамику компрессора, конструкцию корпуса, состоящего из двух половин (верхней и нижней), и обновленное программное обеспечение DEEC. Поставки 229EEP начались в 2009 году.

F100-PW-232

F100 PW 232, первоначально называвшийся F100 PW 229A (Advanced), являлся дальнейшим усовершенствованным вариантом, в котором были реализованы инженерные разработки и технологии двигателя F119 компании Pratt & Whitney для F-22, а также опыт эксплуатации F100-PW-229; разработка началась в конце 1990-х годов. И F100-PW-232, и его конкурент, General Electric F110 GE 132, были разработаны для полного использования модульного общего воздухозаборника F-16 (MCID), или воздухозаборника "Большой рот", представленного в модификации Block 30. Вентилятор был увеличен для повышения расхода воздуха и переработан для повышения надежности; он включал в себя ступени с лопастями и диском, изготовленными как единое целое, что называется интегральным лопастным ротором (IBR) или блиском. Статоры также были переработаны для улучшения аэродинамических характеристик и повышения устойчивости к срыву потока. F100-PW-232 мог развивать тягу в промежуточном режиме и в режиме форсажа; альтернативно, он мог обеспечивать те же уровни тяги, что и F100-PW-229, но при этом увеличить интервалы между проверками на 40%. ВВС США не приняли F100-PW-232 на вооружение, однако многие из его усовершенствований были внедрены в F100-PW-229EEP для повышения его надежности и увеличения интервалов между проверками.

Деривативы

F401 был морской версией F100 и разрабатывался одновременно с ним. Он предназначался для установки на истребитель F-14B Tomcat и экспериментальный самолет Rockwell XFV-12, но разработка двигателя была прекращена из-за высокой стоимости и технических проблем. Турбовентиляторный двигатель PW1120 являлся уменьшенной версией F100; он был установлен в качестве модернизации на один истребитель F-4E и использовался для привода отмененного израильского истребителя IAI Lavi.