航天技术概论报告.doc

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航天技术概论报告

题目：

简述F22情况

组员：

发展史与简介：

设计分析一：

动力系统

设计分析二：

隐身

F-22的维护与保养：

完成日期：

2012年4月23日星期一

F22发展史与简介

F-22Raptor（猛禽）是由美国洛克希德·马丁（LockheedMartin）设计的新一代重型隐形战斗机。

也是目前专家们所指的第四代战斗机（此为西方标准，俄罗斯标准则为第五代）。

发展历程

1971年美国战术空军指挥部提出的下一代战机的研发计划。

1986年10月31日洛克希德、波音和通用动力3家公司联合研制小组的YF-22中标，并按要求制造两架原型机。

1990年9月29日，第1架YF-22首飞，10月26日进行了第1次空中加油。

10月30日第2架原型机进行首次飞行。

1994年10月6日，洛克希德航空系统公司开始制造第1架F/A-22的部件。

2001年8月，F-22研制成功10年后，美国终于下定决心投入巨资批量生产F-22战斗机。

2005年在美国空军正式服役的量产型则为“F-22A”。

　　2009年4月6日，奥巴马政府时任国防部长盖茨宣布，国防部将向国会建议删减许多大型武器采购计划，包括在制造生产的187架F-22战机完成后，减少乃至停止生产这一昂贵战机。

F22的性能与基本资料

极速

2,414公里／时（约等于一秒钟跑4圈北投国小的操场）

巡航速度

1,963公里／时

最大升限

19,812公尺（约是39栋101大楼叠起来）

飞送航程

加挂2个外部燃料箱可飞（约七个台湾的长度）

翼负荷

322公斤／平方公尺

最大G限

−3.0/+

满载内载燃料

约（约八十五头刚出生的小象）

现役国

目前只有美国，部署在本土阿拉斯加

造价

US$1亿1000万（约NT36亿）（还持续再涨高）

F22-A武器配备

机砲

M2火神式六管旋转机砲

主要的空对空武器

AIM-120先进中程空对空飞弹、

AIM-9响尾蛇飞弹、

AIM-132短程空对空飞弹

主要的空对地武器

GBU-32联合直接攻击弹药（简称JDAM）、

风偏修正弹药洒布器（简称WCMDs）、

GBU-39小直径炸弹（简称SDB）

个人总结

通过本次的学习，我不仅锻炼了动手能力，进行了F22飞机模型的制作，还锻炼了自己的独立学习能力，在网络上查找相关资料，和小组里的其他同学一起相互配合学习，让我们更有团队协作精神。

在学习这门课之前，我对这些方面的知识的了解不是很多，只是略懂皮毛。

在老师的指导下和大家相互帮助中，让我对国外的先进航天技术有了一定认识，也让自己更加关心我国此方面技术的发展状况，发现我们和美国在航空航天技术上还有很大的差距和不足。

我国自行研制的歼十、歼二十等飞机和美国的相比差距不是一点点。

这让身为国防生的我们更有了一种对祖国国防的紧迫感和危机感。

未来的战争的胜利更多的在于一个国家的空军的强大与否，我们只有大力发展航空航天技术，装备空军，才能让我们拥有和平安定的家园。

此次学习中我也发现自己有很多不足，对于很多知识的了解并不透彻，有时候只是知道了一些就不再继续学习，对于一些关键性的问题把握还是有一定的不足。

学习的时候缺乏耐心，很多时候想一个人完成却忽略了大家的力量，做事情有点一意孤行。

这些都是我自存在的问题，在今后的学习生活中我应该多加注意。

F/A22设计分析一：

动力系统

F/A-22装两台普拉特•惠特尼公司F119-PW-100加力式涡扇发动机。

F119是普•惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机，其设计目标是：

不加力超音速巡航能力、非常规机动和短距起落能力、隐身能力（即低的红外和雷达信号特征）、寿命期费用降低至少25%、零件数量减少40～60%、推重比提高20%、耐久性提高两倍、零件寿命延长50%。

在80年代初确定的循环参数范围是：

涵道比0.2～0.3；总增压比23～27；涡轮进口温度1649～1760℃；节流比1.10～1.15。

　性能与结构设计：

　普惠公司在60年代后期开始研制的民用发动机（JT9D、PW2037、PW4000）及军用发动机（F100）中，高压转子均采用1-1-0支撑方式，即高压压气机前为滚珠轴承，后支点设在高压涡轮前，高压涡轮是悬臂支撑的，该轴承的负荷是通过燃烧室机匣传出的。

　普惠公司在F119发动机的总体设计中，一改以往的作法，将高压转子的支撑方式改用了GE公司惯用的1-0-1且后支点为中介轴承的方式,在该公司最新的民用发动机PW8000中也采用了1-0-1高压转子支撑方式，这一设计变化，值得注意。

　　主要部件设计特点：

　1.风扇3级，第1级风扇叶片采用宽弦、空心设计,与用于B777的PW4084发动机上的空心叶片结构相同，即叶片由叶盆、叶背两块型板经扩散连接法连接成整体叶片，在连接前，先将两板接合面处纵向地铣出几条槽道形成空腔。

这种空心叶片的空心度较小。

用钛合金制的3级风扇转子均采用了整体叶盘结构。

单个加工好的叶片用线性摩擦焊焊到轮盘上相应的凸块上（凸块与叶片底部均留有少量加工余量），焊好后再将多余的材料磨去形成完整的整体叶盘，罗-罗公司近期也采用这种加工方法。

在YF-22进行验证飞行时所用的YF119中，仅第2、3级风扇采用了整体叶盘。

为保证风扇机匣刚性均匀，保持较均匀的叶尖间隙，风扇机匣作成整环的，为此，风扇转子作成可拆卸的，即第2级盘前、后均带鼓环，分别与第1、3级盘连接。

风扇进口处采用了可变弯度的进口导流叶片，其结构与F100的类似。

第3级静叶均采用了弯曲设计，这种设计也用于PW4084。

　2.高压压气机6级，采用高级压比设计，6级转子全采用整体叶盘结构。

进口导叶与第1、2级导叶是可调节的，前机匣采用了阻燃"AlloyC"钛合金以减轻重量。

为增加高压压气机出口处机匣（该处直径最小，形成了缩腰）的纵向刚性，燃烧室机匣前伸到压气机的3级处，使压气机后机匣具有双层结构，外层传递负荷，内层仅作为气流的包容环，这种结构在大型高涵道比涡扇发动机中得到广泛采用。

　3.燃烧室短环形，火焰筒为双层浮壁式，外层为整体环形壳体，在壳体与燃气接触的壁面上铆焊有薄板，薄板与壳体间留有一定的缝隙，使冷却两者的空气由缝中流过。

为了使薄板在工作中能在圆周与长度上自由膨胀，薄板在圆周与长度上均切成一段段的，形成多片瓦块状的薄板，因此这种火焰筒又可称为瓦片式火焰筒。

采用浮壁式火焰筒可改善火焰筒的工作条件，不仅可提高火焰筒的寿命，与燃气接触的瓦片烧坏后还可更换，而且还可使排气污染物减少。

这种结构己在V2500、PW4084等民用发动机上采用。

4.高压涡轮单级，工作叶片用普惠公司的第3代单晶材料制成，采用了先进的气膜冷却技术。

涡轮盘采用双重热处理以适应外缘与轮心的不同要求，即外缘采用了提高损伤容限能力的处理，以适应榫槽可能出现的微裂纹；轮心部分则采用提高强度的热处理，这种在一个零件上采用两种要求不同的热处理，实属罕见。

工作叶片叶尖喷涂有一层耐磨涂层（在XF119上没有采用），以减少性能的衰退率，这种措施在大型民用涡扇发动机中应用较多。

　5.低压涡轮单级，与高压涡轮转向相反。

这种将高、低压转子作成对转的结构，当飞机机动飞行时作用于两转子上的陀螺力矩会相互抵消大部分，因此可减少外传到飞机机身的力矩；另外，对装于两转子间的中介轴承，轴承内、外环转向相反时，会大大降低保持架与转子组合体相对内、外环的转速，对轴承的工作有利，但增加了封严的难度。

理论上，高、低压涡轮对转时,可以不要低压涡轮导向器（YF120上即无），但F119上仍然采用了导向器。

低压涡轮轮盘中心开有大孔，以便安装高压转子的后轴承（中介轴承）,这与F404、M88发动机的结构类似。

　6.加力燃烧室分三区，加力筒体采用"AlloyC"阻燃钛合金以减轻重量，筒体内作有隔热套筒，两者间的缝隙中流过外涵空气对筒体进行冷却，在YF119上采用外部导管引冷却空气对筒体进行冷却，在F119上取消了外部导管。

　7.尾喷管二元收敛-扩张矢量喷管，喷管上、下的收扩式调节片可单独控制喉道与出口面积，且当上、下调节片同时向上或向下摆动时，可改变排气流的方向，从而改变推力的方向。

发动机的推力能在飞机的俯仰方向±20°内偏转，从+20°到-20°的行程中只需1秒钟。

推力和矢量由双余度全权限数字电子控制系统控制，用由煤油作介质的作动筒来操纵。

调节片设计成可减少雷达散射截面积；为减少红外信号，对调节片进行了冷却。

尾喷管也采用"AlloyC"阻燃钛合金以减轻重量。

8.燃油控制系统为第3代双余度全权限数字电子控制系统。

　维修性与可靠性设计：

1.维修性在F119设计中，特别强调了维修性，例如大部分附件包括燃油泵和控制系统均作成外场可更换组件（LRU），每个LRU拆换时间不超过20分钟，所用的工具仅是11种标准手动工具；在外场维修时需进行拆装的紧固件不允许用保险丝、开口销；由于采用"B"型螺母，拧螺母时可不采用限扭扳手；孔探仪的座孔设计成无螺纹内置式的；所有导管、导线均用不同的颜色予以区分；滑油箱装有目视的油位指示器；连接件作成能快卸快装的结构；自动化的综合诊断系统；在外场无须对附件进行调整与微调；以计算机为基础的培训系统；电子技术（即光盘）文件；具有抗外物击伤与抗锈蚀能力；压气机机匣水平对开，以便迅速接近内部零件；所有附件均置于发动机下部等。

由于采用了这些措施，使外场级、中修级的维修工作减少75%，基地级维修所用的工具减少60%，平均工具的重量减轻40%。

　2.可靠性普惠在设计F119时，遵循了采用"经过验证的技术"，以及使发动机结构简单和零件数少的原则，因此，它的性能较前一代发动机F100有较大提高，也采用了一些以前发动机中未采用的新技术，而其可靠性比F100的要高。

表3表示F119与F100-PW-220相比，其可靠性和维修性的改进。

F119是美国普惠公司为F-22研制的推重比10一级的加力式涡扇发动机，它采用了普惠公司多年的经验和新研究的技术，在结构和性能上代表了当前最先进的战斗机发动机的水平。

可靠性、耐久性和维修性也较前一代向前迈进了一大步。

总结：

通过本次航模制作，我对课本上的航空航天知识有了细致的理解，增加了我对这门课的兴趣。

以前对各种航天器的相关参数，技术原理知之甚少，通过这次PPT的制作，我在网络上查询了很多相关资料，详细的了解了很多相关知识。

在我们组的完成过程中，我负责F22的动力系统介绍，通过网络上资料的汇总比对，我对F22在动力方面的先进性有了深刻的理解，同时也意识到我们国家在高性能的新型战机方面所处的状况。

师夷之长，希望我们国家早日摆脱发动机研制的瓶颈。

通过本次分工合作，增加了我与小组成员之间的默契与相互协作的能力，在完成的过程中，感谢老师及同学的帮助，使我收获颇丰。

隐身

作为一款四代战机，具备隐形，高机动，超巡等这些是必备的基本能力。

在四代机中，隐身是非常重要的一个因素，事实上，雷达回波的强度跟被照射物体的形状有很大的关系。

它的外形就是上面讲到的倾斜的菱形。

这就是洛克希德马丁公司最早的方案。

这就也是F117的方案。

雷达波也是一种波，所以它具有波的普遍特性。

一般而言，波长越长它的频率就越低，而波长越短，他的频率就越高。

高频率的超声波具有指向性好，精度高，不易受干扰，信号回馈速度快，但传播距离短的特点。

而低频率的长波则具有相反的特点，其中频率低的L波段主要用于远程警戒雷达，S波段用于中程警戒与跟踪，X波段由于体积小，所以用于空中或其他移动场合，多普勒导航雷达也是X波段雷达。

由于S波段跟X波段是目前应用最广泛，最主要的工作频段，所以隐形飞机的隐形主要就是针对这些波长做文章。

不同波长的电磁