プラット・アンド・ホイットニー F100

F100
	F-15イーグル用F100のテスト
タイプ	ターボファン
国籍	アメリカ合衆国
メーカー	プラット・アンド・ホイットニー
最初の実行	1970年代
主な用途	F-15 イーグル ; F-15E ストライクイーグル ; F-16 ファイティングファルコン ; ノースロップグラマン X-47B
に発展した	プラット・アンド・ホイットニー F401 ; プラット・アンド・ホイットニー PW1120

プラット・アンド・ホイットニーF100（社名JTF22 ^[1]）は、低バイパスアフターバーニングターボファンエンジンである。1965年にプラット・アンド・ホイットニー社によって設計・製造され、後にF-15イーグルとなるアメリカ空軍の「FX」構想に搭載された。このエンジンは、アメリカ海軍のF-14トムキャット向けに、同様のコアを持ちながらもファンを大型化したF401と並行して開発される予定だった。F401は、後にコストと信頼性の問題から放棄された。F100は、空軍の軽量戦闘機（LWF）プログラム向け F-16ファイティングファルコンにも搭載された。

発達

1967年、アメリカ海軍とアメリカ空軍はF-14トムキャットとFXの共同エンジン提案依頼書（RFP）を発行し、これが1970年のF-15イーグルにつながる並行戦闘機設計競争となった。このエンジンプログラムはIEDP（初期エンジン開発プログラム）と呼ばれ、ライトパターソン空軍基地の航空システム部門（ASD）から資金提供と管理を受けた。ASDの下では、システムプロジェクトオフィス幹部がFX航空機とエンジンの定義段階の両方を管理するよう任命された。空軍推進研究所のタービンエンジン部門は、技術的リスクの評価においてASDシステムエンジニアリングを支援するサポート役として雇用された。後にF-15が選定されると、ASDエンジニアリング幹部はF-15システムプロジェクトオフィスとなった。^[2]

IEDPは、エンジン設計/実証の競争段階と、それに続く1つの優勝エンジン設計開発プログラムへの絞り込みを目的として作成された。ゼネラル・エレクトリックとプラット・アンド・ホイットニーは、推力の向上と重量の軽減を目標として、推力重量比8を達成するという約18か月のプログラムの契約を結んだ。IEDPの終了時に、ゼネラル・エレクトリックとプラット・アンド・ホイットニーは、FXコンペティションで選ばれたマクドネル・ダグラスF-15航空機用のエンジン候補の提案を提出した。プラット・アンド・ホイットニーの提案が優勝に選ばれ、エンジンはF100と命名された。^[3]空軍は1970年にプラット・アンド・ホイットニーにF100-PW-100（米空軍）とF401-PW-400（米海軍）エンジンの開発と製造の契約を授与した。海軍は計画されていたF-14BとXFV-12プロジェクトでこのエンジンを使用する予定だったが、コストと信頼性の問題で後者が失敗した後、発注を削減しキャンセルし、 F-111のプラット・アンド・ホイットニーTF30エンジンをF-14で引き続き使用することを選択した。^[4]^[5]

バリエーション

F100 は、ツインスプール、軸流、アフターバーナー付きターボファンエンジンです。2 段低圧タービンで駆動する 3 段ファンと、2 段高圧タービンで駆動する 10 段コンプレッサーを備えています。初期の F100-PW-100 型は、アフターバーナーをフル稼働させた状態で約 24,000 lbf (107 kN) の推力を発生し、重量は約 3,000 lb (1,361 kg) で、目標推力重量比 8 を達成し、戦闘重量で 1:1 を超えるという F-15 の目標推力重量比を実現しています。

PW-100

F100-PW-100は、1972年にF-15イーグルで初飛行し、最大連続出力定格は12,410 lbf (55.2 kN)、軍用出力は14,690 lbf (65.3 kN)、アフターバーナー推力は5分間制限で23,930 lbf (106.4 kN)でした。野心的な性能目標から生まれたこのエンジンの先進性のため、運用開始当初は摩耗の進行、失速、アフターバーナーの「ハード」スタートなど、多くの問題が発生しました。^{[6]これらの「ハード」スタートは、}アフターバーナーの始動不良、または始動後の消火によって引き起こされる可能性があります。どちらの場合も、ジェット燃料の大きなジェットがエンジンの排気によって点火され、高圧波が発生してエンジンが失速します。これらのよどみによる失速は通常、高マッハおよび高高度で発生し、状態が改善されないとタービンに重大な損傷を与える可能性があります。問題の原因は、過剰な推力により、パイロットが以前の戦闘機やエンジンよりもはるかに急激なスロットル変更を行ったことによるものでした。初期の問題は、1980 年代初頭に F100-PW-220 が開発され、-100 をこれにアップグレードすることで最終的に解決されました。

PW-200

F -16 ファイティングファルコンはF100-PW-200 を搭載して就役しました。-100 と比較すると、-200 は単発エンジンの信頼性を高めるためにいくつかの追加冗長性があり、推力定格はほぼ同一です。特に、-200 では「近接スプリッター」が導入され、「ハード」アフターバーナー始動による高圧波の深刻度が軽減されました。これにより、停滞失速率が大幅に減少し、F-16 の -200 は F-15 の -100 よりもはるかに優れた信頼性を示しましたが、-100 の問題の一部は残りました。同様に、これらの問題は最終的に F100-PW-220 によって解決され、-200 もこれにアップグレードすることができました。

仕様（F100-100/200）

DTICのデータ^[7] 、スミソニアン国立航空宇宙博物館^[8]

一般的な特徴

タイプ:アフターバーナーターボファン
長さ: 191インチ (485 cm)
直径:入口34.8インチ (88 cm)、最大外部46.5インチ (118 cm)
乾燥重量: 3,035 ポンド (1,377 kg)

コンポーネント

コンプレッサー: 3段ファン付きデュアルスプール軸流コンプレッサー、10段コンプレッサー
燃焼器：環状
タービン： 2段高圧、2段低圧

パフォーマンス

最大推力:
- 12,410ポンド力（55.2kN）の乾燥推力、連続、
- 14,690ポンド力（65.3kN）の軍用/中型出力、
- アフターバーナー付きで23,930ポンド力（106.4kN）
総圧力比： 24:1
空気質量流量: 224 ポンド/秒 (102 kg/秒)
推力重量比: 7.88:1

PW-220/220E

F100-100/200の信頼性、保守費用、耐用年数が不十分だったため、プラット・アンド・ホイットニーは最終的にこれらの問題に対処するためにエンジンをアップグレードするよう圧力をかけられました。空軍はまた、プラット・アンド・ホイットニーにさらなる緊急性を強いるため、F100の競合として、最終的にF110となるゼネラル・エレクトリックF101派生型戦闘機エンジンへの資金提供を開始しました。プラット・アンド・ホイットニーの改良努力の結果がF100-PW-220であり、これは-100の失速停滞とオーグメンターの不安定性の問題をほぼすべて排除し、補給所オーバーホールの間隔を2倍にしました。信頼性と保守費用も大幅に改善され、エンジンにはデジタル電子エンジン制御（DEEC）が組み込まれています。 -220 エンジンは、軍用 (中程度) 出力で 14,590 lbf (64.9 kN)、アフターバーニングで 23,770 lbf (105.7 kN) の静推力を生み出します。これは -100/200 の静推力よりわずかに低いですが、-220 はほとんどの範囲でより優れた動的推力を持っています。

F100-220は1986年に導入され、F-15とF-16に搭載され、徐々に-100/200に取って代わっていった。^[7]ユニットコストを下げる方法を模索し、米空軍は1984年に代替戦闘機エンジン（AFE）プログラム（ニックネームは「エンジン大戦争」）を実施し、エンジン契約は競争を通じて授与されることとなった。-220はAFEプログラムにおけるプラット・アンド・ホイットニーの最初の提案となり、ゼネラル・エレクトリックF110-GE-100と競合した。F-16C/Dブロック30/32は、既存のF100-200/220エンジン（ブロック32）またはF110-100（ブロック30）を受け入れることができる共通エンジンベイで製造された最初の機体であった。アフターバーナーのない派生型である F100-PW-220U は、ノースロップグラマン X-47B UCAVに搭載されています。-100 および -200 シリーズのエンジンは、-220 仕様と同等になるようにアップグレードできます。220E の「E」は「同等」の略語であり、そのようにアップグレードされたエンジンに付けられます。

仕様（F100-220）

データ提供元： DTIC、^[7]フロリダ国際大学、^[9]国立アメリカ空軍博物館^[10]

一般的な特徴

タイプ:アフターバーナーターボファン
長さ: 191インチ (485 cm)
直径:入口34.8インチ (88 cm)、最大外部46.5インチ (118 cm)
乾燥重量: 3,234 ポンド (1,467 kg)

コンポーネント

コンプレッサー: 3段ファン付きデュアルスプール軸流コンプレッサー、10段コンプレッサー
バイパス比: 0.63:1
燃焼器：環状
タービン： 2段高圧、2段低圧

パフォーマンス

最大推力:
- 14,590ポンド力（64.9kN）の軍用/中型出力、
- アフターバーナー付きで23,770ポンド力（105.7kN）
総圧力比： 25:1
空気質量流量: 228 ポンド/秒 (103 kg/秒)
燃料消費率:中速パワー: (0.73 lb/(lbf·h))
推力重量比: 7.4:1

PW-229

F100-PW-229とその競合製品であるゼネラル・エレクトリックF110-GE-129は、1980年代に米空軍が改良型エンジン（IPE）プログラムを通じて戦術航空機のより大きな出力を求めた結果生まれた。これは社名PW1128で開発され、より大きな推力に加えて、-229には-220の信頼性と耐久性の向上と強化されたDEECが組み込まれている。初期の派生型と比較して、-229はタービン入口温度が高く、空気流量が248 lb/s（112 kg/s）と高く、バイパス比が低い。^[11]最初のエンジンは1989年に初飛行し、17,800 lbf（79.2 kN）（乾燥/中間推力）と増強により29,160 lbf（129.7 kN）の推力を生み出した。 -229 は、後期型の F-16C/D ブロック 52、F-16V ブロック 72、およびF-15Eに搭載されています。

プラット・アンド・ホイットニー社がピッチ/ヨーバランスビームノズル（P/YBBN）と呼ぶ3次元軸対称推力偏向ノズルを装備した-229の派生型は、1990年代にF-15 ACTIVE（統合型航空機向け先進制御技術）でテストされた。^[12]

2007年、信頼性の向上と補給所オーバーホール間の累積サイクル数の増加を目的としたF100-PW-229EEP（エンジン強化パッケージ）の開発が開始されました。これは、F100-PW-232（下記参照）の技術を適用することで実現しました。F100-PW-232には、F-22のF119プログラム、および（-229EEPの場合） F-35のF135プログラムの技術と進歩が組み込まれています。-229EEPには、最新のタービン材料、冷却管理技術、コンプレッサーの空力特性、分割ケース（上部と下部）、および最新のDEECソフトウェアが組み込まれています。^[13] -229EEPの納入は2009年に開始され、既存の-229は、定期的な補給所メンテナンス中にこの構成にアップグレードできます。

仕様（F100-229）

プラット・アンド・ホイットニーのデータ^[14]^[15]

一般的な特徴

タイプ:アフターバーナーターボファン
長さ: 191インチ (485 cm)
直径:入口34.8インチ (88 cm)、最大外部46.5インチ (118 cm)
乾燥重量: 3,829 ポンド (1,737 kg)

コンポーネント

コンプレッサー: 3 つのファンと 10 段のコンプレッサーを備えたデュアルスプール軸流コンプレッサー
バイパス比: 0.36:1
燃焼器：環状
タービン：低圧2段、高圧2段

パフォーマンス

最大推力:
- 17,800ポンド力（79kN）中間出力
- アフターバーナー付きで29,160ポンド力（129.7kN）
総圧力比: 32:1
空気質量流量: 248 ポンド/秒 (112 kg/秒)
タービン入口温度: 2,460 °F (1,350 °C; 1,620 K) ^[16]
燃料消費率:中間出力: 0.76 lb/(lbf·h) (77.5 kg/(kN·h)) フルアフターバーナー: 1.94 lb/(lbf·h) (197.8 kg/(kN·h))
推力重量比: 7.8:1

F100-PW-232

F100-PW-232は、元々F100-PW-229A（アドバンスト）と呼ばれていたが、プラット・アンド・ホイットニーのF-22用F119エンジンのエンジニアリングの進歩と技術、および-229の運用経験を組み込んだ、さらに強化された派生型であり、開発は1990年代後半に開始された。^[17] -232とその競合製品であるゼネラル・エレクトリックF110-GE-132は、ブロック30派生型で導入されたF-16のモジュラー共通吸気ダクト（MCID）、または「ビッグマウス」吸気口を最大限に活用するように設計された。ファンモジュールは、275ポンド/秒（125キログラム/秒）の空気流量の増加と信頼性の向上のために再設計され、一体型ブレードローター（IBR）またはブリスクと呼ばれる一体型ブレードとディスクを備えたステージを組み込んだ。^[18]ステーターも再設計され、空力特性が向上し失速マージンが改善された。-232は中間出力で20,100 lbf (89.4 kN)、アフターバーナーで32,500 lbf (144.6 kN)の推力を発揮することができた。あるいは、-229と同じレベルの推力を発揮しながら、検査間隔を40%増やすこともできた。-232はUSAFでは採用されなかったが、多くの改良が-229EEPに組み込まれ、信頼性と検査間隔が向上した。^[19]^[20]

仕様（F100-229A/232）

プラット・アンド・ホイットニー、フライト・インターナショナルのデータ

一般的な特徴

タイプ:アフターバーナーターボファン
長さ: 191インチ (485 cm)
直径:入口34.8インチ (88 cm)、最大外部46.5インチ (118 cm)
乾燥重量: 4,100 ポンド (1,900 kg)

コンポーネント

コンプレッサー: 3 つのファンと 10 段のコンプレッサーを備えたデュアルスプール軸流コンプレッサー
燃焼器：環状
タービン：低圧2段、高圧2段

パフォーマンス

最大推力:
- 20,100ポンド力（89kN）中間出力
- アフターバーナー付きで32,500ポンド（145kN）
空気質量流量: 275 ポンド/秒 (125 kg/秒)
推力重量比: 7.92:1

デリバティブ

F401は海軍向けに開発されたF100で、並行して設計された。当初はF-14BトムキャットとロックウェルXFV-12に搭載される予定だったが、コストと開発上の問題で中止された。PW1120ターボファンはF100の小型派生型で、1機のF-4E戦闘機の改造として搭載され、中止されたIAI Laviに搭載された。

アプリケーション

ジェネラル・ダイナミクス F-16 ファイティング・ファルコン(-200、-220、-229)
マクドネル・ダグラス F-15 イーグル(-100, -220)
マクドネル・ダグラス F-15E ストライクイーグル(-220, -229)
ノースロップグラマン X-47B (-220U)
ヴォート YA-7F (-220)

参照

関連開発

同等のエンジン

関連リスト

航空機エンジンの一覧

参考文献

^ 「米国軍用航空エンジンの指定」www.designation-systems.net . 2018年4月17日閲覧。
^ コナーズ、382-385ページ
^ コナーズ、385-391ページ
^ デイヴィス、スティーブ。戦闘伝説、F-15イーグルとストライクイーグル。ロンドン：エアライフパブリッシング、リミテッド、2002年。ISBN 1-84037-377-6。
^ マクダーモット 1972、1-5ページ
^ フェルナンデス、1983、pp. 241–245、251–254
^ abc 「F100-PW-220およびF110-GE-100エンジンの開発：リスク評価とリスク管理のケーススタディ」（PDF）。dtic.mil 。 2014年6月28日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF）。 2018年4月17日閲覧。
^ 「プラット・アンド・ホイットニー F100-PW-100」。スミソニアン。
^ 「Pratt & Whitney Engines, F100-PW-220/F100-PW-220E」フロリダ国際大学。2016年3月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ 「プラット・アンド・ホイットニー F100-PW-220」。国立アメリカ空軍博物館。2015年5月28日。
^ Frank W. Burcham、Donald L. Gatlin、James F. Stewart (1995)。NASA F-15 研究機における統合飛行推進制御飛行研究の概要(PDF) (技術レポート)。エドワーズ、カリフォルニア州: NASA ドライデン飛行研究センター。
^ James W. Smolka、Laurence A. Walker、Major Gregory H. Johnson、Gerard S. Schkolnik、Curtis W. Berger、Timothy R. Conners、John S. Orme、Karla S. Shy、C. Bruce Wood、他 (1996)。F-15 ACTIVE 飛行研究プログラム(PDF) (技術レポート)。エドワーズ、カリフォルニア州: NASAドライデン飛行研究センター。
^ 「F100-PW-229 エンジン強化パッケージのパンフレット」(PDF) 。 2014年1月12日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014年1月12日閲覧。
^ P&W F100 製品ページ。2010 年 8 月 15 日アーカイブ、Wayback Machineより
^ P&W F100-PW-229 製品カード
^ クランシー、トム (2007)。『戦闘機部隊：空軍戦闘部隊のガイドツアー』ペンギン。ISBN 978-0-425-21702-3。
^ 「P&W の最新 F100 の空気力学はほぼ解決」Aviation Week 1998 年 2 月 13 日。
^ Norris, Guy (1999年1月26日). 「P&WがF100-299Aファンブレードのテストを開始」. Flight International .
^ 「戦闘機エンジンはP&Wのエンジニアリングを誇る」Flight Global 2000年2月24日。
^ 「P&W、第5世代F100エンジンの一連のテストを完了」Aviation Week、2000年4月21日。

文献

コナーズ、ジャック (2010)。プラット・アンド・ホイットニーのエンジン：技術史。アメリカ航空宇宙学会 (AIAA)。doi : 10.2514/ 4.867293。ISBN 978-1-60086-711-8。
McDermott, John F. (1972)。「F100/F401 増強ターボファンエンジン - 高推力対重量推進システム」。SAE技術論文シリーズ。第 1 巻。doi :10.4271/720842。ISSN 0148-7191 。
フェルナンデス、ロナルド（1983）、超過利益：ユナイテッドテクノロジーズの台頭、ボストン：アディソンウェスレー、ISBN 9780201104844。

外部リンク

プラット・アンド・ホイットニーのサイトのF100ページ
GlobalSecurity.com の F100-PW-100/-200 ページ
LeteckeMotory.cz の F100 ページ (cs)

[1] 「米国軍用航空エンジンの指定」www.designation-systems.net . 2018年4月17日閲覧。

[2] コナーズ、382-385ページ

[3] コナーズ、385-391ページ

[Davies-4] デイヴィス、スティーブ。戦闘伝説、F-15イーグルとストライクイーグル。ロンドン：エアライフパブリッシング、リミテッド、2002年。ISBN 1-84037-377-6。

[5] マクダーモット 1972、1-5ページ

[Fernandez1983pp241-245,251-254-6] フェルナンデス、1983、pp. 241–245、251–254

[dtic.mil-7] 「F100-PW-220およびF110-GE-100エンジンの開発：リスク評価とリスク管理のケーススタディ」（PDF）。dtic.mil 。 2014年6月28日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF）。 2018年4月17日閲覧。

[8] 「プラット・アンド・ホイットニー F100-PW-100」。スミソニアン。

[9] 「Pratt & Whitney Engines, F100-PW-220/F100-PW-220E」フロリダ国際大学。2016年3月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[10] 「プラット・アンド・ホイットニー F100-PW-220」。国立アメリカ空軍博物館。2015年5月28日。

[11] Frank W. Burcham、Donald L. Gatlin、James F. Stewart (1995)。NASA F-15 研究機における統合飛行推進制御飛行研究の概要(PDF) (技術レポート)。エドワーズ、カリフォルニア州: NASA ドライデン飛行研究センター。

[12] James W. Smolka、Laurence A. Walker、Major Gregory H. Johnson、Gerard S. Schkolnik、Curtis W. Berger、Timothy R. Conners、John S. Orme、Karla S. Shy、C. Bruce Wood、他 (1996)。F-15 ACTIVE 飛行研究プログラム(PDF) (技術レポート)。エドワーズ、カリフォルニア州: NASAドライデン飛行研究センター。

[13] 「F100-PW-229 エンジン強化パッケージのパンフレット」(PDF) 。 2014年1月12日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014年1月12日閲覧。

[14] P&W F100 製品ページ。2010 年 8 月 15 日アーカイブ、Wayback Machineより

[15] P&W F100-PW-229 製品カード

[16] クランシー、トム (2007)。『戦闘機部隊：空軍戦闘部隊のガイドツアー』ペンギン。ISBN 978-0-425-21702-3。

[17] 「P&W の最新 F100 の空気力学はほぼ解決」Aviation Week 1998 年 2 月 13 日。

[18] Norris, Guy (1999年1月26日). 「P&WがF100-299Aファンブレードのテストを開始」. Flight International .

[19] 「戦闘機エンジンはP&Wのエンジニアリングを誇る」Flight Global 2000年2月24日。

[20] 「P&W、第5世代F100エンジンの一連のテストを完了」Aviation Week、2000年4月21日。