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经过加速的气流在第三级风扇后被一分为二,57%进入风扇涵道成为旁通气流,剩余43%进入核心接着压缩(AirInternational的数据,),与燃油混合,燃烧成炙热燃气,再进入涡轮级,从而产生最大28000磅(12700千克/)的干推力(非加力)。 F135有一个六级高压压气机(HPC)单元,每级同样都采纳了整体叶盘。前几级叶盘采纳钛合金制造,由于气流经过每一级的压缩后都会变得更热,所以后面一级或多级叶盘改用镍基合金制造,以承受更高的温度。F-35做常规飞行时,被高压压缩机压缩进入燃烧室的气流压力是刚进入风扇时的28倍,在F-35B悬停飞行时,这个比值上升到了29倍。 F135的单环形燃烧室具有可拆卸衬垫和一组燃油喷嘴,全部容纳在一个扩散机匣内。F135的燃烧室和F119特别相像,不过经过改进能承受更高温度,以适应F-35的高推力要求。总体而言,这两种发动机的核心机,也就是高压压气机+燃烧室+高压涡轮的尺寸基本相同,F135的最大干推力大于F119,所以运行温度也必定更高。 F119和F135都采纳了单级高压涡轮(HPT),不过F135的低压涡轮(LPT)是两级,而不是F119的一级。之所以这么改动,缘由在于F-35B短距起飞垂直着陆型。 F-35B发动机低压涡轮所在的低压转子不仅被用于驱动风扇级,也被用于驱动一根传动轴,这样才能使座舱之后发动机之前的罗尔斯?罗伊斯升力风扇产生垂直升力。这个升力风扇是罗尔斯?罗伊斯升力系统的三大组件之一,正式这套升力系统使F-35B具有了悬停实力。 那么,这和F135的两级低压涡轮有什么关系呢?这是因为从项目一起先,F135发动机就被要求实现“三型兼容”,也就是说F-35A所用的发动机要能与F-35B/C的保持尽可能多的通用度。当然,这三种发动机干脆仍存在一些详细据别,所以获得了各自的编号:F-35A的是F135-PW-100,F-35C是F135-PW-400,F-35B是F135-PW-600。其中,F135-PW-600被设计来满意F-35B严苛的短距起飞垂直着陆要求,所以须要一级额外的低压涡轮来驱动传动轴,于是为了保持通用性,F135-PW-100/-400保留这个其次级低压涡轮。 当然,其次级低压涡轮也给F-35A/C带来了一些好处,这级涡轮供应了大量额外的推力余量,能应对F-35的潜在重量增长。由于F135-PW-100/-400无需为短距起飞垂直着陆任务作出牺牲,所以可维护性也得到改善。 F135热段冷却空气通道布局和冷却气流与F119不同,此外,涡轮叶片表面的隔热涂层材料也进行了改进,这层涂料能够爱护镍基超级合金制成的涡轮叶片和定子叶片不会被燃烧室喷出的1649度炙热燃气溶化。 F135和F119上,用于冷却凹凸压压气机的空气都引自旁通气流和高压压缩机引气,在涡轮叶片和涡轮段壳体中布置有困难的细小空气通道管网,这点与商用涡扇发动机类似。F-35A运用的F135-PW-100安装在F-35B上的F135-PW-600发动机STOVL模式下的F-35B反向旋转转子、陶瓷基复合材料和加力燃烧室 普惠公司不情愿过多谈论F135发动机的一个重要特点——反向旋转双转子结构,这个结构也继承自F119。转子的反向旋转在某些状况下能够理听从高压压气机流向低压压气机的核心气流,可能允许普惠省掉一排或多排定子(定子的作用是在多级风扇、压缩机或涡轮间理顺气流,使气流以最优状态进入下一级)。普惠可能已经在F135上实现了削减零件数量和降低重量,但该公司拒绝证明这点。 F135运用了陶瓷基复合材料(CMC),主要用在F135-PW-600喷管的外侧部分。F135-PW-600风扇机匣部分(尤其底部)采纳有机基材复合材料(OMC)制造,F135-PW-100/-400的风扇机匣则由钛合金制成。F-35在进气道某些区域也采纳了有机基材复合材料。 F135的加力燃烧室或加力系统也很有特色。尽管普惠公司并未透露细微环节,但已知F135采纳了多区燃油喷射(可能是三区)技术来把燃油喷向加力燃烧室点火器后方。燃油喷嘴可以单区喷射燃油,所以可以调整加力燃烧室的加力幅度,不再是要么全有要么全无的工作方式。在飞行员的限制下,多区燃油喷射技术可以供应一个平稳的湿推力变更过程。与F119发动机相同,F135的加力燃烧室也采纳了隐身设计,这两种发动机把多区燃油喷嘴隐藏在弯曲的静态导向叶片中,从而取消了传统的喷油杆和火焰稳定器(当你从其他涡扇发动机的尾喷管向里望去时,就能清晰看到这两个设备)。F135的风扇机匣罗尔斯?罗伊斯升力系统 F-35项目的最显着的特点之一就是在F-35B悬停时,它的推动系统在非加力状态下产生的升力特别接近其全加力推力。F-35B在悬停时,发动机能产生39400磅(17872千克/176kN)的非加力垂直升力,而在常规飞行中,则能产生28000磅(12700千克/)干推力和43000磅(19504千克/)的全加力推力。 F-35B的F135发动机依靠两个系统来实现如此高的垂直升力。首先是全权限数字发动机限制单元(FADEC),这是一套由BAE系统公司制造的安装在发动机上的计算机,不过软件是普惠定制的。在悬停时,FADEC能压榨动身动机的全部潜力,使干推力从28000磅增加到39400磅。 其次是罗尔斯?罗伊斯的升力系统,与F135发动机一道组成了短距起飞垂直着陆推动系统,该系统由4大主要组件组成。F-35B升力系统示意图F-35B悬停状态流场分析第一个组件是升力风扇 升力风扇垂直安装在F-35B座舱后方,直径1270毫米,高度也是1270毫米。升力风扇从机背顶部的进气口吸入冷空气并加速气流向下喷出,以此产生垂直升力。升力风扇的进气口被洛克希德?马丁公司制造的一块大型盖板盖住,这块盖板诨名“1957款雪佛兰发动机盖”,铰接于进气口后方的机身结构上。F-35B悬停、短距起飞、或处于平飞和悬停间的过渡飞行时,盖板向后打开。 升力风扇由两级反向旋转的风扇组成,一级叠加在另一级上方,每级都是整体叶盘结构。上级风扇有24片空心钛叶片,下级则是28片实心叶片。 两级风扇各由一套锥形齿轮系统驱动(该系统通过一组圆锥形齿轮,能使驱动轴的扭矩旋转90度传递给风扇)。 两套锥齿轮系统都被容纳在一个共用齿轮箱中,由那根沿F-35B纵轴线布置的驱动轴驱动。在F-35B进气道的分叉处,包覆在整流罩内的驱动轴穿过进气道把升力风扇和发动机连接起来。在发动机那头,驱动轴连接在第一级风扇的风扇毂上,由低压转子驱动。 当F-35B悬停时,这根驱动轴把28000轴马力的功率传递给升力风扇的离合器和锥形齿轮系统,使升力风扇产生近20000磅(9072千克/89kN)的垂直升力(F-35B在悬停时,F135与驱动轴的工作模式就类似于涡桨发动机,把大部分动力用于驱动升力风扇而不是从尾喷管喷出做工。从这点上看,F135可以说是世界上最强大的涡桨发动机)。 F-35B的发动机启动后,驱动轴就在始终旋转,所以须要一个离合器来接通或断开升力风扇。只有在须要运用升力风扇时,离合器才与驱动轴接合并锁定。 由于离合器会因摩擦产生高温,所以离合器片采纳了与大型商用飞机起落架碳刹车片相同的耐磨材料来制造。 由于悬停须要特别大的推力,发动机要吞入更多的空气,所以洛克希德?马丁在升力风扇后方增加了一对协助进气门(AAID),用来向F135发动机供应额外空气。 F-35综合测试部队在马里兰州帕塔克森特河海军航空站的测试中,发觉协助进气门受到环境影响出现了过度磨损和疲惫,此外暴露了密封性不足,门锁运用寿命不足的缺点。这些问题导致低速率初始生产(LRIP)的F-35B在改装协助进气门前被限制进入一些短距起飞垂直着陆模式。目前,全部LRIP1-LRIP5批次的F-35B都在进行新协助进气门的改装。升力风扇由两级反向旋转的风扇组成升力风扇盖板打开时的流场分析升力风扇钛合金叶盘升力风扇进气口的计算机模型升力风扇的齿轮箱升力风扇的导向叶片组装中的升力风扇升力风扇全貌其次个组件是可调截面积叶片盒(VAVB) 这个组件位于升力风扇下方,事实上就是被升力风扇的冷空气喷管。罗尔斯?罗伊斯公司生产的VAVB由一个铝合金框架和六片百叶窗式钛叶片组成。叶片可向后偏转达42度,向前偏转5度,以此调整气流方向。 这6片叶片能在肯定程度上实现独立限制,这6片中空钛合金叶片中,1、2、3号叶片为一组,由一个线性致动器驱动;4、5号叶片是其次组,由其次个线性致动器驱动;6号叶片由一个独立旋转致动器驱动。于是VAVB可实现喷管的矢量与截面积兼顾限制。VAVB同样受到FADEC的限制。 VAVB喷管能对升力风扇产生的升力进行矢量调整,这个组件被整合进飞机结构中,能承受结构载荷,这样做的目的是节约重量,要知道实现短距起飞垂直着陆的一个关键因素就是:发动机产生的垂直升力大于飞机重量。 VAVB的切削铝制矩形框架上面开好了与机身结构连接的安装饰,由于是一个结构件,所以要预先交付给诺斯罗普?格鲁门公司以便安装在该公司制造的机身中段上。VAVB喷管的钛合金叶片VAVB喷管对升力风扇气流起到了调整作用VAVB喷管流场分析VAVB喷管作为一个结构件要预先安装在机身中段第三个组件是三轴承旋转模块(3BSM)喷管 F-35B在悬停模式中,有15700磅(7121千克/)的垂直升力来自飞机尾部三轴承旋转模块(3BSM)喷管中向下喷出的炙热燃气。这种好玩的喷管由三节连接在一起的管道组成,每节管道都是钛合金的,每节都通过环形轴承与其他喷管连接。当F-35B要悬停时,FADEC会吩咐3BSM喷管向下偏转95度,通过向下喷气来产生垂直升力。 对F-35B的升力风扇设计师来说,满意悬停和起飞条件下的全部推力要求,以及如何实现翼载飞行与悬停过渡过程中的推力矢量变更,都是特别艰难的挑战。 (从水平偏转到垂直状态),。 在悬停中,除了升力风扇产生的近20000磅升力外,F-35B两侧翼根中的滚转喷管(RollPost)也能通过向下喷出旁通空气产生3700磅(1678千克/)升力。F-35B在不到3秒的时间里,就能把尾喷管15700磅的水平推力矢量偏转成垂直向下,使总升力达到39000磅(17690千克)。 F-35B的垂直升力几乎相当于欧洲“台风”战斗机的全加力推力,这惊人的推力矢量实力全靠F-35B浩大而困难的FADEC软件来实现,该软件是普惠公司转为F-35B的推动系统开发的。 3BSM喷管分为1、2、3号三段管道,1号管道安装与发动机上,2号管道在中间,最终一段是3号管道。每段管道上都有一个环形轴承,能够彼此独立旋转。1、2号管道各安装一个单独的致动器,一个传动齿轮箱把2、3号管道连接起来,使它们能够反向同速旋转。3BSM喷管的这两个环形轴承致动器都是燃油液压驱动的,部分燃油被加压到3500psi()后作为液压流体来驱动致动器的伺服阀。3BSM喷管下偏状态