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航空动力之星,工业皇冠上的珍珠—美国F135涡轮风扇发动机

F135发动机是目前世界上最先进,单台推力最大的第四代航空发动机,他装备在美国的F-35系列战斗机上,帮助F-35战斗机克服了重重困难,最终畅销国际市场,如果没有F135发动机,就没有F-35战斗机,如果发动机是工业领域的皇冠,而航空发动机是工业领域皇冠上的珍珠,那么F-135发动机便堪称是工业领域的皇冠上的珍珠里,最璀璨的那一颗。

1996年11月,洛克希德·马丁公司与普拉特·惠特尼公司签署了供应合同,为JSF战斗机提供发展性发动机,取证型发动机和飞行试验用发动机,并提供后勤保障。1998年6月11日,洛克希德·马丁公司的JSF动力装置开始试验。2000年9月,JSF首飞成功。首飞前,每种发动机都分别进行了30000小时的地面试验。

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洛克希德·马丁公司的JSF动力方案也是保留F119发动机的核心机,并且增大风扇直径,提升推力,但是发动机主喷管采用三轴支撑的可旋转式矢量尾喷,产生升力的主要部件是位于发动机前方的升力风扇,驱动升力风扇的轴通过连轴器与发动机风扇相连,在STOVL状态下,升力风扇和发动机主喷管共同产生升力。当飞机处于CTOL状态时,升力风扇组件可以拆卸。在洛克希德·马丁公司的JSF发动机方案中,只要用一个不转动的尾轴代替转动的尾轴,再从升力风扇上取下驱动轴并去掉风扇,STOVL型发动机和CTOL型发动机也就成为完全一样的。

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洛克希德·马丁公司的JSF发动机为增大空气流量,采用了增大风扇直径的方法,喷管系统与波音公司的大不相同,在洛克希德·马丁公司的CYOL型JSF飞机上,发动机安装非矢量、低可探测性的轴对称尾喷管。STOVL型推进系统采用轴驱动的升力风扇系统,在STOVL工作状态中,位于座舱后面的升力风扇可以提供垂直升力,升力风扇由涵道、风扇、D形喷管、联轴器、作动装置和伺服系统组成,由主发动机F135的2级低压涡轮驱动;升力风扇直径为1.27m,可以向前偏转13°,向后偏转30°,在STOVL工作状态下使战斗机上方的冷气流以230kg/s的流量垂直向下喷出,产生90千牛的升力;3轴承偏转喷管垂直向下偏转(最多可偏转95度,可左右各偏转10度),产生71.1千牛的升力;该喷管可使发动机的排气从水平偏转到垂直甚至向前,可以使推力从水平方向偏转到垂直向后。同时,F35战斗机还可以使旋转的尾喷管转到向下的方向,提供部分升力。

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这种系统有三大优势:在所用推力一定的情况下,可以提供更大的载荷,STOVL升力组件可以和巡航发动机分开,使巡航发动机可以根据常规飞行的需要制定尺寸,从而使从升力风扇获得的推力的增加量大大超过重量的增加,改善了向下气流对地面冲击的影响,在悬停时,排气温度和压力可以更低,比直接升力对地面环境的影响更小,因此降低了舰载机对于飞行甲板技术的要求,并且使得JSF进气道的前向截面积减小,从而降低了飞机的迎风面积,有利于实现超音速飞行,并且提高飞机在超音速飞行状态下的操纵性。

该发动机最大加力推力高达18吨以上,中间推力可以达到12吨,其军用中间推力已经和中国与俄罗斯的大推力发动机的最大加力状态的推力相当。进气口直径为1.17米,发动机长5.59米,外径为1.30米,涵道比为0.98,总压比为28,推重比高达11左右,质量为1670千克。

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2006年10月,F135发动机首次安装在飞机上进行飞行测试,并且取得测试成功,宣告了这一世界最牛发动机开始投入使用,F-135的出现,将中俄等国和美国的航空发动机差距进一步拉大到1代的距离,现如今,我国的WS15航空发动机也即将装机测试,其推力同样高达17吨左右,推重比也在10以上,总算是在F135发动机出现近10年之后,追上了差距。

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