航空发动机工程通论-11.4.3分享可靠性增长案例

F－15 战斗机是美国在20 世纪70年代研制的空中优势战斗机，其配装的F100 发动机具有十分优异的战术技术性能。然而在随后的使用过程中发现F100 发动机存在许多影响可靠性的严重问题，直接危及飞行安全，这令使用者和设计者伤透脑筋。据统计从F100－PW－100 正式投入使用到1979年4月，空军共试用1 100 余台发动机，累计工作时间超过25 万EFH（发动机飞行小时），综合故障率为2.688/1 000 EFH，造成1979年缺少90～100 台发动机，而普·惠公司零备件供应不足更使得F－15 不能处于战备状态，导致大批飞机“趴窝”，成为当时美军最棘手的问题之一。

F100 发动机服役初期所发生的问题主要有压气机失速、涡轮超温导致叶片烧蚀、高空接通加力困难等故障，不仅影响战机的出勤率，更严重威胁到飞行安全。

虽然在F100－PW－100 服役的最初几年里，普·惠公司也针对发动机发生的问题做了一些改进，1976—1978年间使用AMT 方法验证了发动机的改进成效，返修寿命从最初的500 h 提高到750 h，但是这些修补措施尚不能彻底解决可靠性不高的问题。1979年7月，美国空军与普·惠签订了一份工程发展验证合同，改进F100 的性能和可靠性，1980年4月开始台架试车。(www.xing528.com)

鉴于F100 基本型的经验教训，美国空军在20 世纪70年代末提出大幅延长发动机使用寿命的要求，最具代表性的指标“核心机检修间隔”从原来的1 800 TAC 提高到4 000 TAC，相当于2 000 h 或外场使用9年的寿命。普·惠公司在F100－PW－220 改进研制之初就定下了一个指导方针，即不惜用牺牲性能的代价来提高发动机的可靠性、耐久性和结构完整性。这些改进包括：重新设计的“延长寿命的核心机”（ILC）、采用单晶材料制造的涡轮叶片（由原来的PWA1422 定向合金改为PWA1480 单晶）、第一种用于战斗机发动机的全权限数字式发动机控制系统（FADEC）、提高维护性的发动机故障诊断装置（EDU）、经改进的加力燃烧室和齿轮式燃油泵等。发动机的全加力推力保持在105.9 kN，但质量却增加了约66 kg，推重比下降到7.4。

为了考核发动机的可靠性、耐久性，在F100－PW－220 的试验项目中还增加了3 种试验：4 000 TAC 的加速任务试车、高马赫数下的耐久性试验以及高周疲劳试验。在同一台发动机机进行的两次试验中，由发动机引发的换发率、停车率、推力损失率均为零，证明了F100－PW－220 的改进措施是有效的，彻底解决了可靠性不高的问题，1985年3月发动机设计定型，同年11月首台生产型发动机面世，1986年投入使用。历经十年艰苦磨砺，F100 发动机终于走向成熟，为将来的进一步改型奠定了坚实的基础。