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史上最强航发F135涡扇发动机,别说仿制,看一眼觉得难的F35战机心脏

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摘要



正文

随着歼-20和苏-57战机的出现,目前拥有五代机的国家有中、美、俄三家,当然,五代机之间也是有差异的,最明显的区别就在于发动机。航空发动机作为飞机的“心脏”,被誉为是现代工业“皇冠上的明珠”,而军用航空发动机更是战略空军的基石,想要在战斗机的性能上能够有所突破,发动机一定是最重要的一环。

回首人类喷气式飞行器的发展过程,几乎就是一部喷气式发动机的推力发展过程,从苏联“苏-9”截击机AL-7发动机的7吨级、法国“幻影2000”M-53发动机的9吨级、美国“F-16”战斗机F110发动机的14吨级、到目前的F119、F135等型号,可以说军用涡扇发动机的技术标准和特征如何变化,增加推力都是一个亘古不变的主题!

F-135发动机由美国航空巨头普惠公司与英国工业王者罗罗公司联合开发而来,专门设计用来为美军F-35联合打击战斗机提供动力,即将服役美国空军的下一代隐形轰炸机——B21也确定将搭载F-135发动机,是西方航发工业的集大成之作!

承接F119优异设计:现金技术实现卓越性能

F135发动机沿袭了不少F119发动机的设计。F119的大量优秀设计再加上先进的技术才让F135成为了史上推力最大的发动机。

先进的设计与技术

F135发动机是F119发动机的衍生型。F119发动机由3级风扇,6级高压压气机、带气动喷嘴、浮壁式火焰筒的环形燃烧室、单级高压涡轮、高压涡轮转向相反的单级低压涡轮、加力燃烧室与二维矢量喷管等组成。整台发动机分为:风扇、核心机、低压涡轮、加力燃烧室、尾喷管和附件传动机匣等6个单元体,另外还有附件、FADEC及发动机监测系统。其加力推力155.7千牛,中间推力105.0千牛,总压比35,涵道比0.3,涡轮前温1850-1950K,最大直径1.13米,长度4.826米、重量1460千克。

F135发动机采用与F119发动机基本相同的核心机。为提高推力,增加了发动机的空气流量和涵道比,提高了发动机的工作温度;为了获得短距起飞和垂直着陆能力,垂直起降型增加了新颖的升力风扇、三轴承旋转喷管、滚转控制喷管。其3级风扇采用超中等展弦比、前掠叶片、线性摩擦焊的整体叶盘和失谐技术,在保持原风扇的高级压比、高效率、大喘振裕度和轻质量的同时,将风扇的截面面积增加了10%-20%。6级压气机与F119发动机的基本相同。


燃烧室在F119发动机三维高紊流度、高旋流结构的浮动壁燃烧室的基础上,采用了高燃油空气比燃烧室技术,在提供小的分布因子和所要求的径向剖面的同时,满足了效率目标。高、低压涡轮采用对转结构,“超冷”高压涡轮转子叶片和导流叶片采用计算流体力学(CFD)方法设计,利用高温材料(可能为CMSX-4铸造合金)铸造,已在改进的F119发动机上得到验证,在提高耐久性的同时,能够明显提高工作温度(约为110℃)。低压涡轮增加1级,变为2级,以适应增大的风扇带来的驱动负荷。

STOVL型F135-PW-600采用了升力风扇+发动机喷管下偏+调姿喷管的垂直起降动力方案。这种设计方案成功实现了垂直起降,俯仰,偏航和滚转的功能。

F135发动机推比10.5、加力推力18吨级别、军推13吨级别、质量1700千克,其18吨的加力推力目前没有任何实际装备战斗机的加力式涡扇发动机能够企及。不过值得一提的是,F135相对于F119虽然推力大幅度提高,但是实际上是在同样核心机基础上用流量、高速性能换推力。F135虽然推力超群,但是其高速性能却是下降的。

合理的垂直起降设计

STOVL型F135-PW-600为了满足垂直起降要求,设计了升力风扇+发动机喷管下偏+调姿喷管的垂直起降动力方案。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。

此外,每侧翼根处的滚转控制喷管利用发动机压气机的引气,也可提供16.7kN的推力;在控制杆端的喷管差动地打开和关闭,实现滚转控制;通过偏转喷管偏航实现偏航控制;通过升力风扇和发动机推力分离器实现俯仰控制。包括主发动机在内的整个推进系统的长度为9.37m,悬停总推力为175.3千牛,短距起飞推力为169.5千牛。

目前,其已经衍生了三种型号:

一种是用于美国空军F-35A的F135-PW-100。


一种是美国海军F-35C的常规起降型所使用的F135-PW-400。

另一种是用于英国海军和美海军陆战队F-35B的垂直降落变体——F135-PW-600。

我们所说的最强航发指的也就是F135-PW-100,而F135-PW-400发动机的造价却更高,因为不同于F135-PW-100装配于陆基F-35A,F135-PW-400装配于F-35C,其采用了更多的耐盐腐蚀材料,以适应舰载机的高强度使用,但是性能相差无几。
F-135发动机基于F22“猛禽”战斗机所使用的F-119发动机发展而来,是名副其实的“双料王”,其由3级风扇+6级压气机+1级高压涡轮+2级低压涡轮组成,进气口直径1.17米,最大外径1.3米,长5.59米,涵道比0.57,整机重量仅为1670千克,推重比高达11.67,初始型号F-135的推力便已经高达191.27千牛,而量产版已经高达204.12千牛——这也是世界航空史上第一次出现最大加力推力超越200千牛的军用涡扇喷气式发动机,其一台的推力就已经达到我国“飞豹”战机所用的两台“秦岭”发动机产生的推力之和,对于航空工业无疑具有跨时代的意义!

航空发动机结构复杂,对可靠性和耐久性的要求十分苛刻,这也让其研制起来非常困难。目前世界上航空发动机技术,最为先进的当属美国,自上世纪60年代起,美国就保持了在这一领域的领先地位,例如F-35隐身战机就装备了全球最强的普惠F135发动机。

一代航空发动机,一代战机美帝不断巩固了自己在航空发动机领域的霸主地位,惠普公司已宣布F135发动机核心组件升级成功,这是最新型的推进型发动机,之前的加力推力能够达到19吨,而经过改进之后,发动机的加力推力最终能够达到22吨,同时耗油量有进一步降低,这也是世界上第一款推力能够突破20吨的战斗机发动机,而按照普惠公司的计划,F135发动机的最终版本的最大推力将达到30吨的水准。

免责声明: 本文来源于网络


来源:两机动力先行
燃烧隐身航空铸造材料传动控制装配
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首次发布时间:2024-05-03
最近编辑:6月前
两机动力先行
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