Pratt & Whitney F135

Sdd f135 018.jpg
F135
F135 podczas fazy rozwoju i demonstracji systemu JSF (SDD).
Typ Turbofan
Pochodzenie narodowe Stany Zjednoczone
Producent Pratt & Whitney
Główne zastosowania Lockheed Martina F-35 Lightning II
Opracowany z Pratt & Whitney F119

Pratt & Whitney F135 to dopalający turbowentylator opracowany dla Lockheed Martin F-35 Lightning II , jednosilnikowego myśliwca szturmowego. Ma dwa warianty; konwencjonalnego startu i lądowania ( CTOL ) używany w F-35A i F-35C oraz wariant dwusuwowego pionowego lądowania krótkiego startu ( STOVL ) używany w F-35B, który obejmuje przedni wentylator nośny . Pierwsze seryjne silniki zostały dostarczone w 2009 roku.

Opracowany na podstawie silnika Pratt & Whitney F119 używanego w F-22 Raptor , F135 wytwarza około 43 000 funtów siły (191 kN) ciągu. F135 konkurował z General Electric / Rolls-Royce F136 o zasilanie F-35.

Rozwój

F135 powstał we współpracy z Lockheed Corporation Skunk Works , której celem było opracowanie myśliwca szturmowego STOVL dla Korpusu Piechoty Morskiej Stanów Zjednoczonych w ramach programu DARPA z 1986 roku . Pracownik Lockheed, Paul Bevilaqua, opracował i opatentował koncepcyjny samolot i układ napędowy, a następnie zwrócił się do firmy Pratt & Whitney (P&W) o zbudowanie silnika demonstracyjnego. Demonstrator do testów naziemnych wykorzystywał wentylator pierwszego stopnia z F119 jako wentylator windy. Wentylator silnika i rdzeń z F100-220 zostały użyte w rdzeniu silnika demonstracyjnego, a większa turbina niskociśnieniowa z F100-229 została wykorzystana w turbinie niskociśnieniowej silnika demonstracyjnego. Większa turbina została wykorzystana do zapewnienia dodatkowej mocy wymaganej do obsługi wentylatora windy. Na koniec dodano dyszę odchylającą o zmiennym ciągu, aby uzupełnić silnik demonstracyjny „F100-229- Plus ”. Silnik ten udowodnił koncepcję wentylatora podnoszącego i doprowadził do opracowania obecnego silnika F135.

Zespół F135 składa się z firm Pratt & Whitney , Rolls-Royce i Hamilton Sundstrand . Pratt & Whitney jest głównym wykonawcą głównego silnika i integracji systemów. Rolls-Royce jest odpowiedzialny za system windy pionowej dla samolotów STOVL. Hamilton Sundstrand jest odpowiedzialny za elektroniczny system sterowania silnikiem, system uruchamiania, PMAG, skrzynię biegów i systemy monitorowania stanu technicznego. Firma Woodward, Inc. jest odpowiedzialna za układ paliwowy.

Firma P&W opracowała F135 na podstawie swojego turbowentylatora F119 , który napędza F-22 Raptor , jako „F119-JSF”. F135 integruje rdzeń F119 z nowymi komponentami zoptymalizowanymi dla JSF. F135 jest montowany w fabryce w Middletown w stanie Connecticut . Niektóre części silnika są produkowane w Longueuil , Quebec, Kanada iw Polsce.

Makieta silnika F135-PW-600 z wentylatorem podnoszącym , słupkami rolki i tylną dyszą wektorującą, zaprojektowana dla wariantu F-35B V / STOL , na Paris Air Show, 2007

Pierwszy produkcyjny układ napędowy do eksploatacji operacyjnej miał zostać dostarczony w 2007 roku w celu obsługi klientów ze Stanów Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii i innych międzynarodowych klientów. Pierwsze F-35 weszły do ​​produkcji z silnikami F135, ale GE / Rolls-Royce planował opracowanie zastępczego silnika F136 w lipcu 2009 r. W 2010 r. Pentagon planował przetarg na dwa układy napędowe. Jednak od 2006 roku Departament Obrony nie zwrócił się o finansowanie programu alternatywnego silnika F136, ale Kongres utrzymał finansowanie programu.

Zespół napędowy F135-PW-100 testowany w AEDC

Od 2009 roku firma P&W opracowała bardziej wytrzymałą wersję silnika F135, aby wydłużyć żywotność kluczowych części. Oczekiwana żywotność części została zmniejszona, ponieważ gorące sekcje silnika (w szczególności łopatki komory spalania i turbiny wysokociśnieniowej) były gorętsze niż oczekiwano. Silnik testowy nosi oznaczenie XTE68/LF1 , a testy mają rozpocząć się w 2010 roku. To przeprojektowanie spowodowało „znaczny wzrost kosztów”.

P&W spodziewa się dostarczyć F135 poniżej kosztów F119, mimo że jest to mocniejszy silnik. Jednak w lutym 2013 roku podczas planowej kontroli stwierdzono pękniętą łopatkę turbiny. Pęknięcie było spowodowane pracą turbiny w wysokich temperaturach przez dłuższy czas niż zwykle. wentylator pierwszego stopnia zawiódł przy 77% oczekiwanej żywotności. Zostanie zastąpiony solidną częścią, która zwiększy wagę o 6 funtów (2,7 kg). W 2013 roku były pracownik P&W został przyłapany na próbie wysłania „licznych pudeł” z poufnymi informacjami o F135 do Iranu.

Mimo kłopotów w 2013 roku dostarczono setny silnik. W 2013 roku uzgodniono LRIP-6 za 1,1 miliarda dolarów na 38 silników różnych typów, co pomogło obniżyć koszt jednostkowy.

Generał broni Sił Powietrznych Christopher C. Bogdan, dyrektor wykonawczy programu F-35, wezwał firmę P&W do niedostatecznej jakości produkcji silników i powolnych dostaw. Jego zastępca dyrektora kontradmirał Randy Mahr powiedział, że P&W zaprzestał wysiłków na rzecz cięcia kosztów po tym, jak „zdobyli monopol”. W 2013 roku cena F135 wzrosła o 4,3 miliarda dolarów.

W maju 2014 roku firma Pratt & Whitney odkryła sprzeczną dokumentację dotyczącą pochodzenia tytanu używanego w niektórych jej silnikach, w tym w F135. Firma oceniła, że ​​niepewność nie zagraża bezpieczeństwu lotu, ale wstrzymała dostawy silników. Bogdan poparł działania P&W i powiedział, że problem dotyczy teraz dostawcy A&P Alloys. Amerykańska Agencja Zarządzania Kontraktami Obronnymi napisała w czerwcu 2014 r., Że „ciągłe złe zarządzanie dostawcami przez Pratt & Whitney jest głównym czynnikiem powodującym zwiększoną liczbę powiadomień o potencjalnych problemach”. Firma A&P Alloys oświadczyła, że ​​stoi za swoim produktem, mimo że nie miała dostępu do części w celu przeprowadzenia własnych testów. Tracy Miner, prawnik z bostońskiej firmy Demeo LLP reprezentujący A&P Alloys, powiedział: „rażąco niesprawiedliwe jest niszczenie działalności A&P bez umożliwienia A&P dostępu do przedmiotowych materiałów”.

W lipcu 2014 roku doszło do niepohamowanej awarii wirnika wentylatora, gdy samolot przygotowywał się do startu. Części przeszły przez zbiornik paliwa i spowodowały pożar, uziemiając flotę F-35. Podczas dużej siły przeciążenia manewrując na trzy tygodnie przed lotem, wyginanie silnika spowodowało nadmierne tarcie uszczelki między śmigłem wentylatora a stojanem wentylatora, inicjując zbliżającą się awarię. Pocieranie spowodowało temperaturę ponad 1000 ° C (1900 ° F), znacznie przekraczającą granicę materiału wynoszącą 540 ° C (1000 ° F). Według kierownika programu Christophera Bogdana, na łopatkach wentylatora trzeciego stopnia pojawiły się mikropęknięcia, które spowodowały oddzielenie się łopatek od dysku. Uszkodzone ostrza przebiły ogniwo paliwowe, a gorące powietrze zmieszane z paliwem do silników odrzutowych spowodowało pożar. Rozwiązanie krótkoterminowe polega na tym, że każdy samolot lata zgodnie z określonym profilem lotu, aby uszczelnienie wirnika mogło zużyć pasujący rowek w stojanie, aby zapobiec nadmiernemu tarciu.

Firma Pratt & Whitney zdołała osiągnąć swoje cele produkcyjne na 2015 rok, ale „powtarzające się problemy z jakością produkcji” łopatek turbin i elektronicznych systemów sterowania wymagały wycofania silników z floty.

Projekt

wariantu F135-PW-600 STOVL
Schemat F -35B i mniejszych pionowzlotów

Wywodzący się z silnika F119, F135 to turbowentylator z dopalaniem o przepływie mieszanym z nowym wentylatorem i turbiną niskiego ciśnienia.

Istnieją dwa warianty F135: wersje -100 i -600. Wspomniana jest wersja -400, podobna do -100, z tą różnicą, że zastosowano materiały odporne na korozję solną. Model -600 jest opisany poniżej wraz z wyjaśnieniem zmian w konfiguracji silnika, które mają miejsce podczas zawisu. Silnik i Rolls-Royce LiftSystem tworzą zintegrowany układ napędowy wentylatora windy (ILFPS).

Pionowy ciąg dla wersji STOVL jest uzyskiwany z dwustopniowego wentylatora wyciągowego (około 46%) przed silnikiem, wektorowanej dyszy wylotowej (około 46%) oraz dyszy w każdym skrzydle za pomocą powietrza z wentylatora z kanału obejściowego (około 8%). Te udziały w całkowitej sile nośnej są oparte na wartościach ciągu odpowiednio 18 680 funtów siły (83,1 kN), 18 680 funtów siły (83,1 kN) i 3290 funtów siły (14,6 kN). Inne źródło podaje wartości ciągu odpowiednio 20 000 funtów siły (89 kN), 18 000 funtów siły (80 kN) i 3900 funtów siły (17 kN).

W tej konfiguracji większość przepływu obejściowego jest kierowana do dysz skrzydełkowych, zwanych słupkami rolkowymi. Część służy do chłodzenia tylnej dyszy wylotowej, znanej jako 3-łożyskowa obrotowa dysza kanałowa (3BSD). W tym samym czasie otwierany jest pomocniczy wlot w górnej części samolotu, aby zapewnić dodatkowe doprowadzenie powietrza do silnika przy niewielkich zniekształceniach podczas zawisu.

Turbina niskiego ciśnienia (LP) napędza wentylator windy przez przedłużenie wału z przodu wirnika LP i sprzęgło. Silnik pracuje jako turbowentylator o oddzielnym przepływie z wyższym stopniem obejścia. Moc napędzająca wentylator - około 30 000 shp (22 000 kW) - jest uzyskiwana z turbiny LP poprzez zwiększenie powierzchni gorącej dyszy.

Wyższy współczynnik obejścia zwiększa ciąg przy tej samej mocy silnika, co jest podstawową konsekwencją przenoszenia mocy z silnika odrzutowego o małej średnicy na strumień o większej średnicy. Gdy F135 zapewnia pionowe unoszenie przy użyciu zwiększonego współczynnika obejścia z wentylatora podnoszenia, zwiększenie ciągu wynosi 50% bez wzrostu przepływu paliwa. Zwiększenie ciągu wynosi 52% w locie konwencjonalnym przy użyciu dopalacza, ale przy dużym wzroście przepływu paliwa.

Przeniesienie około 1 ⁄ 3 mocy dostępnej dla ciągu gorącej dyszy do wentylatora podnośnika zmniejsza temperaturę i prędkość tylnego strumienia wznoszącego uderzającego w ziemię. F-35 może osiągnąć ograniczony przelot ze 100% przepustnicą bez dopalaczy o prędkości 1,2 Macha przez 150 mil (240 km; 130 mil morskich).

Podobnie jak F119, F135 ma ukryty wzmacniacz, w którym tradycyjne listwy natryskowe i uchwyty płomienia zostały zastąpione grubymi zakrzywionymi łopatkami pokrytymi ceramicznymi materiałami pochłaniającymi radary (RAM). Wtryskiwacze paliwa dopalacza są zintegrowane z tymi łopatkami, które blokują pole widzenia turbin, przyczyniając się do ukrycia sektora rufowego. Osiowosymetryczna dysza składa się z piętnastu częściowo zachodzących na siebie klapek, które tworzą wzór piłokształtny na krawędzi spływu. Powoduje to powstawanie zrzucanych wirów i zmniejsza sygnaturę podczerwieni oparów spalin. Skuteczność jest podobno porównywalna z dyszami klinowymi F119, przy czym jest znacznie bardziej opłacalna i tańsza w utrzymaniu.

Silnik wykorzystuje czujniki zasilane termoelektrycznie do monitorowania stanu łożysk turbiny .

Poprawa niezawodności silnika i łatwość konserwacji to główny cel F135. Silnik ma mniej części niż podobne silniki, co poprawia niezawodność. Wszystkie komponenty wymienialne w linii (LRC) można zdemontować i zastąpić zestawem sześciu popularnych narzędzi ręcznych. System zarządzania stanem F135 został zaprojektowany w celu dostarczania danych w czasie rzeczywistym konserwatorom na ziemi. Pozwala im to rozwiązywać problemy i przygotowywać części zamienne, zanim samolot wróci do bazy. Według Pratt & Whitney dane te mogą pomóc drastycznie skrócić czas rozwiązywania problemów i wymiany, nawet o 94% w porównaniu do starszych silników.

Planowane ulepszenia

Chociaż żadna służba nie zgłosiła zapotrzebowania na ulepszony silnik, Pratt and Whitney współpracuje z Marynarką Wojenną Stanów Zjednoczonych nad dwublokowym planem ulepszeń silnika F135. Cele Bloku 1 to wzrost ciągu o 7–10% i zmniejszenie spalania paliwa o 5–7%. Plany obejmują lepszą technologię chłodzenia łopatek turbin; wydłużyłoby to żywotność silnika i znacznie obniżyło koszty konserwacji. programem Adaptive Engine Transition Program Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych z zamiarem wprowadzenia technologii dla silnika o ciągu 45 000 funtów, który będzie używany w myśliwcach szóstej generacji.

Opcje wzrostu

GO1

Pod koniec maja 2017 r. Pratt and Whitney ogłosili, że opcja wzrostu F135 1 zakończyła testy i jest dostępna do produkcji. Modernizacja wymaga wymiany modułu mocy w starszych silnikach i może być bezproblemowo wprowadzona do przyszłych silników produkcyjnych przy minimalnym wzroście kosztów jednostkowych i bez wpływu na harmonogram dostaw. Opcja Growth 1 oferuje poprawę ciągu o 6-10% w obwiedni lotu F-35, jednocześnie zmniejszając zużycie paliwa o 5-6%.

GO2

W czerwcu 2018 r. firma United Technologies , spółka macierzysta P&W, ogłosiła opcję Growth Option 2.0, która ma pomóc w zwiększeniu wydajności systemu zarządzania mocą i temperaturą (PTMS), zapewniając operatorom opcje, na przykład jeśli chcą przejść na cięższą broń.

Warianty

  • F135-PW-100 : Używany w wariancie konwencjonalnego startu i lądowania F-35A (CTOL)
  • F135-PW-400 : Używany w wariancie morskim F-35C zbudowanym z materiałów odpornych na korozję solną
  • F135-PW-600 : Używany w wariancie pionowego lądowania krótkiego startu F-35B

Aplikacje

Dane techniczne (F135)

F135-PW-100

Dane z Pratt & Whitney, Tinker Air Force Base, American Society of Mechanical Engineers

Charakterystyka ogólna

  • Typ: Dwusuwowy, przepływ osiowy, wzmocniony turbowentylator
  • Długość: 220 cali (5590 mm)
  • Średnica: maks. 46 cali (1170 mm), 43 cale (1090 mm) na wlocie wentylatora
  • Sucha masa: 3750 funtów (1700 kg)

składniki

Wydajność

F135-PW-600

Dane z Pratt & Whitney, Tinker AFB, American Society of Mechanical Engineers

Charakterystyka ogólna

  • Typ: Dwuwirnikowy, osiowy przepływ, wzmocniony turbowentylator z napędzanym wałem zdalnym wentylatorem podnoszącym
  • Długość: 369 cali (9370 mm)
  • Średnica: maksymalnie 46 cali (1170 mm), wlot wentylatora 43 cale (1090 mm), wlot wentylatora podnośnika 53 cale (1350 mm)
  • Suchej masy:

składniki

Wydajność

  • Maksymalny ciąg :
    • Ciąg wojskowy 27 000 funtów siły (120 kN).
    • 41 000 funtów siły (182 kN) z dopalaczem
    • 40650 funtów siły (181 kN) w zawisie
  • Całkowity stosunek ciśnień : 28:1 (konwencjonalny), 29:1 (podnośnik elektryczny),
  • Temperatura na wlocie turbiny: 3600 ° F (1980 ° C; 2260 K)
  • Stosunek mocy do masy :

Zobacz też

Powiązany rozwój

Porównywalne silniki

Powiązane listy

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pratt_%26_Whitney_F135&oldid=1120950482 ”