武器雜誌 概 - 4 老美 F35B 隱形戰鬥機的(引擎综合升力风扇推进系统)

2023041312:09


罗尔斯-罗伊斯公司的升降系统与F135发动机一起,是为F-35 "闪电II "的STOVL型号设计的飞机推进系统。整个系统被称为综合升力风扇推进系统(ILFPS),在2001年被授予科利尔奖杯。

联合攻击战斗机(JSF)的F-35B STOVL改型旨在取代美国海军陆战队使用的麦道AV-8B "鹞 "II和麦道F/A-18 "大黄蜂"。它还将取代英国航空航天公司的 "鹞 "II和英国航空航天公司的 "海鹞",供皇家空军和皇家海军使用。 [2] 该飞机必须具有超音速能力,STOVL变体需要一个合适的垂直升力系统,并且不影响这种能力。罗尔斯-罗伊斯公司的升降系统满足了这一要求,该系统是通过普惠公司13亿美元的系统开发和演示(SDD)合同开发出来的。

与雅科夫列夫的雅克-38一样使用单独的升力发动机,或者像 "鹞 "式战斗机一样使用旋转喷嘴来提供发动机旁路空气,"升力系统 "有一个由洛克希德-马丁公司设计、罗尔斯-罗伊斯公司开发的轴驱动的升力风扇,还有一个用于发动机排气的推力矢量喷嘴,提供升力,也能承受常规飞行中的后燃温度,达到超声速升力和推进系统及其三轴承旋转管道喷嘴(3BSD)与1973年康维尔200型海上控制战斗机的计划最相似,而不是鹞子所属的前一代STOVL设计。

负责开发该推进系统的团队包括洛克希德-马丁公司、诺斯罗普-格鲁曼公司、BAE系统公司、普惠公司和劳斯莱斯公司,由美国国防部联合攻击战斗机项目办公室领导。洛克希德-马丁公司先进发展项目(臭鼬工厂)的总工程师保罗-贝维拉奎[7]发明了升力风扇推进系统。轴驱动升力风扇的概念可以追溯到1950年代中期 升力风扇由艾里逊发动机公司在1995-97年演示。

美国国防部(DOD)授予通用电气和罗尔斯-罗伊斯公司21亿美元的合同,共同开发F136发动机作为F135的替代品。升降系统被设计为可与任何一种发动机一起使用。[3] 在政府资助终止后,通用电气和罗尔斯-罗伊斯公司于2011年终止了对该发动机的进一步开发。

罗尔斯-罗伊斯公司在英国布里斯托尔管理整个开发和集成项目,并负责LiftFan涡轮机械、3BSM和滚柱设计。位于印第安纳波利斯的罗尔斯-罗伊斯公司提供了齿轮箱、离合器、传动轴和喷嘴,并进行了LiftFan的建造和验证测试。

罗尔斯-罗伊斯电梯系统包括四个主要部件:
(1)电扇 (2)发动机到风扇的传动轴 (3)三轴承旋转模块(3BSM) (4)滚柱(两个)

三轴承旋转模块(3BSM)是位于飞机尾部的推力矢量喷嘴,它可以引导发动机废气直接通过,具有再热能力,用于向前飞行,或者向下偏转,以提供升力 。

对于垂直飞行,29,000马力通过发动机风扇上的延长轴,使用离合器和锥齿轮箱传递到位于发动机前方的反向旋转升降风扇。风扇的气流(低速未加热的空气)通过飞机底部的推力矢量叶片离开,并平衡来自后部喷口的升力。对于横向稳定性和滚转控制,来自发动机的旁路空气被用于每个机翼上的滚柱喷口, 对于俯仰控制,在保持总升力不变的情况下,改变排气喷口和LiftFan进气口的面积。 通过倾斜3BSM和LiftFan可变面积叶片箱喷嘴中的叶片来控制向前和向后的运动。

以下是电梯模式下系统的组成推力值 :
3BSM(干推力):18,000磅(80千牛)。
升降风扇:20,000磅(89千牛)。
滚柱:3,900磅(17千牛)。左右一雙計算
合计:41,900磅(186千牛)。

相比之下,罗尔斯-罗伊斯飞马11-61/F402-RR-408的最大推力是23,800磅力(106千牛),这是AV-8B使用的最强大的版本。 AV-8B的重量大约是F-35B的46%。

与升力发动机一样,增加的升力系统部件在飞行过程中是自重,但采用升力系统的好处是其更大的升力推力使起飞有效载荷增加得更多。

在开发升降机系统时,必须克服许多工程上的困难,并利用新技术。

LiftFan使用了空心叶片的钛制叶盘(通过叶片的超塑性成型和与叶盘毂的线性摩擦焊接实现的叶盘或 "叶盘")。 级间叶片使用了有机基复合材料。LiftFan 被允许以高达250节(130米/秒)的速度飞行,这种情况出现在水平进气口的横风中,并在飞机向前飞行和悬停之间过渡时发生。

离合器机构采用了最初源自飞机刹车的干板碳-碳技术。摩擦只在发动机低速时用于接合升力风扇。在增加到全功率之前,会有一个机械锁定装置。

齿轮箱必须能够在其供油中断长达1分钟的情况下运行,同时通过90度向升降机风扇传输全部动力。

三轴承旋转模块既要支持最终的热推力矢量喷嘴,又要将其推力载荷传回发动机支架。3BSM 的 "燃料液压 "执行器使用燃料加压到3500磅/英寸,而不是液压油,以减轻重量和复杂性。一个推杆与旋转喷嘴一起移动,在95度的范围内移动,同时受到强烈的热量和振动。

在开发升降机系统时,必须克服许多工程上的困难,并利用新技术。

LiftFan使用了空心叶片的钛制叶盘(通过叶片的超塑性成型和与叶盘毂的线性摩擦焊接实现的叶盘或 "叶盘"), 级间叶片使用了有机基复合材料。LiftFan 被允许以高达250节 (130米/秒)的速度飞行,这种情况出现在水平进气口的横风中,并在飞机向前飞行和悬停之间过渡时发生。

离合器机构采用了最初源自飞机刹车的干板碳-碳技术。摩擦只在发动机低速时用于接合升力风扇。在增加到全功率之前,会有一个机械锁定装置。

齿轮箱必须能够在其供油中断长达1分钟的情况下运行,同时通过90度向升降机风扇传输全部动力。

三轴承旋转模块既要支持最终的热推力矢量喷嘴,又要将其推力载荷传回发动机支架。3BSM 的 "燃料液压 "执行器使用燃料加压到3500磅/英寸,而不是液压油,以减轻重量和复杂性。一个推杆与旋转喷嘴一起移动,在95度的范围内移动,同时受到强烈的热量和振动。

科利尔奖杯奖
2001年,LiftSystem 推进系统被授予科利尔奖杯,以表彰  "美国航空或宇航领域的最大成就",特别是 "改善航空或航天器的性能、效率和安全,其价值已在前一年的实际使用中得到彻底证明"[4]。

规格:引擎综合升力风扇推进系统:

(1)主发动机:普拉特-惠特尼F135  17,600磅(78千牛)的干推力  部件:3個 。
(2)升降机风扇:两级逆向旋转的空心钛盘风扇,直径为50英寸(1.3米),最上面的风扇装有可变的入口导流叶片,能够产生超过20,000磅力(89千牛)的冷推力 
(3)三轴承旋转模块:能够在2.5秒内旋转95度,在升降模式下能够产生18,000磅力(80千牛)的干推力,在正常水平姿态下具有再加热能力
(4)滚柱 两个:液压驱动

 

 



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