Pratt & Whitney F135

Sdd f135 018.jpg
F135
F135-motor under JSF System Development and Demonstration (SDD)-fasen
Typ Turbofan
Nationellt ursprung Förenta staterna
Tillverkare Pratt & Whitney
Stora applikationer Lockheed Martin F-35 Lightning II
Utvecklad från Pratt & Whitney F119

Pratt & Whitney F135 är en efterbrännande turbofläkt utvecklad för Lockheed Martin F-35 Lightning II, en enmotorig strejkjakt. Den har två varianter; en konventionell start- och landningsvariant ( CTOL ) som används i F-35A och F-35C, och en tvåtaktsvariant för kort start och vertikal landning ( STOVL ) som används i F-35B som inkluderar en framåtlyftfläkt . De första produktionsmotorerna levererades 2009.

Utvecklad från Pratt & Whitney F119- motorn som används på F-22 Raptor , producerar F135 cirka 43 000 lbf (191 kN) dragkraft. F135 konkurrerade med General Electric/Rolls-Royce F136 för att driva F-35.

Utveckling

F135:an har sitt ursprung med Lockheed Corporation Skunk Works , med ansträngningar att utveckla en smygande STOVL-strejkkämpe för US Marine Corps under ett DARPA -program från 1986. Lockheed-anställde Paul Bevilaqua utvecklade och patenterade ett konceptflygplan och framdrivningssystem och vände sig sedan till Pratt & Whitney (P&W) för att bygga en demonstrationsmotor. Marktestdemonstranten använde förstastegsfläkten från en F119- motor för hissfläkten. Motorfläkten och kärnan från F100-220 användes för kärnan i demonstratormotorn, och den större lågtrycksturbinen från F100-229 användes för demonstratormotorns lågtrycksturbin. Den större turbinen användes för att ge den extra kraft som krävdes för att driva lyftfläkten. Slutligen lades ett avböjningsmunstycke med variabel dragkraft till för att fullborda demonstrationsmotorn "F100-229- Plus ". Denna motor bevisade lyftfläktkonceptet och ledde till utvecklingen av den nuvarande F135-motorn.

F135-teamet består av Pratt & Whitney , Rolls-Royce och Hamilton Sundstrand . Pratt & Whitney är huvudentreprenören för huvudmotorn och systemintegration. Rolls-Royce ansvarar för vertikallyftsystemet för STOVL-flygplanet. Hamilton Sundstrand ansvarar för det elektroniska motorstyrsystemet, manöversystemet, PMAG, växellådan och hälsoövervakningssystem. Woodward, Inc. ansvarar för bränslesystemet.

P&W utvecklade F135 från deras F119 turbofläkt, som driver F-22 Raptor , som "F119-JSF". F135 integrerar F119-kärnan med nya komponenter optimerade för JSF. F135 monteras vid en fabrik i Middletown, Connecticut . Vissa delar av motorn tillverkas i Longueuil , Quebec, Kanada och i Polen.

F135-PW-600-motormodellen med lyftfläkt , rullstolpar och bakre vektormunstycke, designad för F-35B V/STOL- varianten, vid Paris Air Show, 2007

Det första produktionsframdrivningssystemet för operativ service var planerat att levereras 2007 med syftet att betjäna USA, Storbritannien och andra internationella kunder. De första F-35:orna började tillverkas med F135-motorerna, men GE / Rolls-Royce -teamet planerade att utveckla en ersättningsmotor för F136 i juli 2009. Under 2010 planerade Pentagon att de två framdrivningssystemen skulle bli konkurrenskraftiga. Men sedan 2006 har försvarsdepartementet inte begärt finansiering för det alternativa F136-motorprogrammet, men kongressen har bibehållit programfinansiering.

Ett F135-PW-100 kraftverk som testas vid AEDC

Från och med 2009 utvecklade P&W en mer hållbar version av F135-motorn för att öka livslängden på nyckeldelarna. Delarnas förväntade livslängd minskade eftersom de varma delarna av motorn (specifikt förbrännare och högtrycksturbinblad) blev varmare än förväntat. Testmotorn benämns XTE68/LF1 och testningen förväntas påbörjas 2010. Denna omdesign har orsakat "avsevärd kostnadsökning."

P&W räknar med att leverera F135 under kostnaden för F119, även om det är en kraftfullare motor. I februari 2013 hittades dock ett sprucket turbinblad vid en planerad inspektion. Sprickan orsakades av drift vid höga turbintemperaturer under längre perioder än vanligt. misslyckades den ihåliga förstastegsfläktblisken vid 77 % av sin förväntade livslängd under ett marktest. Den kommer att ersättas av en solid del som ökar 6 lb (2,7 kg) i vikt. 2013 ertappades en före detta P&W-anställd när han försökte skicka "många lådor" med känslig information om F135 till Iran.

Trots problemen levererades den 100:e motorn 2013. LRIP-6 kom överens om 2013 för 1,1 miljarder dollar för 38 motorer av olika typer, vilket bidrog till att minska enhetskostnaden.

Flygvapnets generallöjtnant Christopher C. Bogdan, verkställande officer för F-35-programmet, har ropat ut P&W för bristande tillverkningskvalitet på motorerna och långsamma leveranser. Hans biträdande direktör konteramiral Randy Mahr sa att P&W stoppade sina kostnadsbesparingar efter att "de fick monopolet". Under 2013 ökade priset på F135 med 4,3 miljarder dollar.

I maj 2014 upptäckte Pratt & Whitney motstridig dokumentation om ursprunget till titanmaterial som används i några av dess motorer, inklusive F135. Bolaget bedömde att osäkerheten inte medförde någon risk för flygsäkerheten utan avbröt motorleveranserna som ett resultat. Bogdan stödde P&W:s agerande och sa att problemet nu låg hos A&P Alloys, leverantören. US Defense Contract Management Agency skrev i juni 2014 att Pratt & Whitneys "fortsatta dåliga hantering av leverantörer är en primär drivkraft för de ökade potentiella problemmeddelanden." A&P Alloys uppgav att de stod bakom sin produkt trots att de inte fick tillgång till delarna för att göra sina egna tester. Tracy Miner, en advokat med Boston-baserade Demeo LLP som representerar A&P Alloys sa: "det är uppenbart orättvist att förstöra A&P:s verksamhet utan att ge A&P tillgång till materialet i fråga"

I juli 2014 inträffade ett obegränsat fel på en fläktrotor medan flygplanet förberedde sig för start. Delarna passerade genom en bränsletank och orsakade en brand som gjorde att F-35-flottan fick grund. Under med hög g-kraft tre veckor före flygningen, orsakade böjning av motorn överdriven gnidning vid tätningen mellan fläktblisken och fläktstatorn, vilket initierade det förestående felet. Gnidningen orsakade en temperatur på över 1 000 °C (1 900 °F), långt över materialgränsen på 540 °C (1 000 °F). Mikrosprickor uppstod i tredje stegs fläktblad, enligt programledaren Christopher Bogdan, vilket gjorde att bladen separerade från skivan. De trasiga bladen punkterade bränslecellen och varmluftsblandning med flygbränsle orsakade branden. Som en kortsiktig fix flygs varje flygplan på en specifik flygprofil för att tillåta rotortätningen att bära ett passande spår i statorn för att förhindra överdriven gnidning.

Pratt & Whitney lyckades uppfylla sina produktionsmål för 2015, men "återkommande kvalitetsproblem i tillverkningen" i turbinblad och elektroniska styrsystem krävde att motorer drogs ur flottan.

Design

Tryckvektormunstycke av F135-PW-600 STOVL -varianten
Diagram över F-35B och mindre motordrivna lyftflygplan

F135 kommer från F119-motorn och är en efterbrännande turbofläkt med blandat flöde med en ny fläkt och LP-turbin.

Det finns två F135-varianter: -100- och -600-versionerna. En -400-version nämns, liknande -100, den största skillnaden är användningen av saltkorrosionsbeständiga material. -600 beskrivs nedan med en förklaring av motorkonfigurationsändringarna som sker för hovering. Motorn och Rolls-Royce LiftSystem utgör ILFPS (Integrated Lift Fan Propulsion System).

Den vertikala dragkraften för STOVL-versionen erhålls från en tvåstegs lyftfläkt (ca 46 %) framför motorn, ett vektorerande avgasmunstycke (ca 46 %) och ett munstycke i varje vinge som använder fläktluft från bypass-kanalen (cirka 8%). Dessa bidrag till det totala lyftet baseras på dragkraftsvärden på 18 680 lbf (83,1 kN), 18 680 lbf (83,1 kN) respektive 3 290 lbf (14,6 kN). En annan källa ger dragkraftsvärden på 20 000 lbf (89 kN), 18 000 lbf (80 kN) respektive 3 900 lbf (17 kN).

I denna konfiguration leds det mesta av bypassflödet till vingmunstyckena, så kallade rullstolpar. Vissa används för att kyla det bakre avgasmunstycket, känt som det 3-lagrade svängbara kanalmunstycket (3BSD). Samtidigt öppnas ett extra inlopp ovanpå flygplanet för att ge extra luft till motorn med låg distorsion under svävningen.

Lågtrycksturbinen (LP) driver lyftfläkten genom en axelförlängning på framsidan av LP-rotorn och en koppling. Motorn fungerar som en separat flödesturbofläkt med ett högre bypass-förhållande. Effekten för att driva fläkten – cirka 30 000 shp (22 000 kW) – erhålls från LP-turbinen genom att öka den heta munstycksarean.

Ett högre bypass-förhållande ökar dragkraften för samma motoreffekt som en grundläggande konsekvens av överföring av kraft från en framdrivningsjet med liten diameter till en större diameter. När F135 ger vertikallyft med hjälp av det ökade bypassförhållandet från lyftfläkten, är dragkraftsförstärkningen 50 % utan ökning av bränsleflödet. Dragkraftsförstärkningen är 52 % vid konventionell flygning vid användning av efterbrännaren, men med en stor ökning av bränsleflödet.

Överföringen av cirka 1 ⁄ 3 av den kraft som finns tillgänglig för hett munstycke till lyftfläkten minskar temperaturen och hastigheten för den bakre lyftstrålen som träffar marken. F-35 kan uppnå en begränsad 100 % gashastighet utan efterbrännare på Mach 1,2 i 150 miles (240 km; 130 nmi).

Liksom F119 har F135 en smygande förstärkare där traditionella spraystänger och flamhållare ersätts av tjocka böjda blad belagda med keramiska radarabsorberande material (RAM). Bränsleinsprutare för efterbrännare är integrerade i dessa blad, som blockerar turbinernas siktlinje, vilket bidrar till smygande aktersektorn. Det axisymmetriska munstycket består av femton delvis överlappande flikar som skapar ett sågtandsmönster i bakkanten. Detta skapar utgjutna virvlar och minskar den infraröda signaturen hos avgasplymen. Effektiviteten är enligt uppgift jämförbar med den för F119:s kilmunstycken, samtidigt som den är betydligt mer kostnadseffektiv och lägre underhåll.

Motorn använder termoelektriska sensorer för att övervaka turbinlagers hälsa .

Att förbättra motorns tillförlitlighet och enklare underhåll är ett viktigt mål för F135. Motorn har färre delar än liknande motorer, vilket förbättrar tillförlitligheten. Alla line-replaceable komponenter (LRC) kan tas bort och ersättas med en uppsättning av sex vanliga handverktyg. F135:s hälsoledningssystem är utformat för att tillhandahålla realtidsdata till underhållare på marken. Detta gör att de kan felsöka problem och förbereda reservdelar innan flygplanet återvänder till basen. Enligt Pratt & Whitney kan dessa data drastiskt minska felsöknings- och bytestiden, så mycket som 94 % jämfört med äldre motorer.

Planerade förbättringar

Även om ingen tjänst har utfärdat ett krav på en uppgraderad motor, samarbetar Pratt och Whitney med US Navy om en tvåblocks förbättringsplan för F135-motorn. Målen för Block 1 är en ökning av dragkraften med 7–10 % och en 5–7 % lägre bränsleförbränning. Planerna inkluderar bättre kylteknik för turbinblad; detta skulle öka motorns livslängd och avsevärt minska underhållskostnaderna. Målet med Block 2 är att arbeta med det amerikanska flygvapnets Adaptive Engine Transition Program , med avsikten att introducera teknologi för en motor med en dragkraft på 45 000 lb, som ska användas i en sjätte generationens jaktplan.

Tillväxtalternativ

GO1

I slutet av maj 2017 meddelade Pratt och Whitney att F135 Growth Option 1 hade testats och var tillgängligt för produktion. Uppgraderingen kräver byte av kraftmodulen på äldre motorer och kan sömlöst infogas i framtida produktionsmotorer till en minimal ökning av enhetskostnaden och ingen inverkan på leveransschemat. Tillväxtalternativ 1 erbjuder en förbättring med 6-10 % dragkraft över F-35-flygplanet samtidigt som det får en minskning av bränsleförbränningen med 5-6 %.

GO2

I juni 2018 tillkännagav United Technologies , moderbolag till P&W, Growth Option 2.0 för att ge ökad kapacitet för kraft- och värmeledningssystem (PTMS), vilket ger alternativ för operatörer till exempel om de vill uppgradera till tyngre vapen.

Varianter

  • F135-PW-100 : Används i varianten F-35A konventionell start och landning (CTOL)
  • F135-PW-400 : Används i marinvarianten F-35C byggd med saltkorrosionsbeständiga material
  • F135-PW-600 : Används i varianten F-35B Vertikal landning med kort start

Ansökningar

Specifikationer (F135)

F135-PW-100

Data från Pratt & Whitney, Tinker Air Force Base, American Society of Mechanical Engineers

Generella egenskaper

  • Typ: Tvåspolar, axiellt flöde, förstärkt turbofläkt
  • Längd: 220 tum (5 590 mm)
  • Diameter: max 1 170 mm, 1 090 mm vid fläktinloppet
  • Torrvikt: 3 750 lb (1 700 kg)

Komponenter

Prestanda

F135-PW-600

Data från Pratt & Whitney, Tinker AFB, American Society of Mechanical Engineers

Generella egenskaper

  • Typ: Tvåspolar, axiellt flöde, förstärkt turbofläkt med axeldriven fjärrlyftfläkt
  • Längd: 9 370 mm
  • Diameter: max 46 tum (1 170 mm), 43 tum (1 090 mm) fläktinlopp, 53 tum (1 350 mm) lyftfläktinlopp
  • Torrvikt:

Komponenter

Prestanda

Se även

Relaterad utveckling

Jämförbara motorer

Relaterade listor

Bibliografi

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pratt_%26_Whitney_F135&oldid=1120950482 "