普惠：F135发动机升级改型有三种方案

2024-02-22 00:45| 来源: 网络整理| 查看: 265

伯德表示：“这种改型后的压气机和涡轮将提供更好的效率和冷却，这些技术在未来几年可能对F135发动机有用，因为F35战机推进系统的现代化提出了更高的要求。”

普惠公司将F135发动机中的所有经过测试验证的技术改进包装到升级选项1中，这可能适用于所有型号的F135发动机，无论是新生产还是已经安装的发动机。根据伯德的说法，升级选项1将需要更换F135的核心机模块，对于任何已经安装的引擎，可以在大修期间执行模块更换，并且没有其他修改的必要。作为客户，“你完全看不到升级的部件。”他说。

Bromberg表示：“如果军方对我们开绿灯，我们将推出一个简短的计划，并将在2020年之前准备好。并按照第四批生产合同，将新技术纳入到新的F135发动机中。”

普惠所需要的“绿灯”具体一点就是联合攻击战斗机JSF联合计划办公室的授权和资助，以开始升级选项1的全面研发和验证测试。根据Bromberg的说法，JSF联合计划办公室可以使用几种采购策略来进行升级：“对于发动机的采购成本，这取决于项目办公室的做法。如果他们以磨损为基础，则成本不会有太大变化，因为对于旧的损坏模块是直接购买新模块替代。”

如果JSF联合计划办公室希望采用升级选项1来改造所有现役的F-35战机，则可以购买新的动力系统来替代现在正在大修车间维护的F135发动机老模块。根据Bromberg的说法，从2020年起，就可以生产按照升级选项1升级的新F135发动机，并且成本没有变化。不过值得指出的是，现在F135发动机的每台采购价已经降低了50%以上，与早期生产的F135发动机相比。

截至5月底，普惠公司已经交付了325台F135系列发动机，而且产能还在持续增长。普惠在2015年交付了42台F135发动机，2016年交付了72台，而今年将交付80台，到2018年将交付110台。F135发动机的可靠性和可用性现在高于98%，高于普惠公司定下的2020年原始目标。

普惠的F135发动机升级选项2方案则是一个全新的引擎，普惠认为它可以适应美国空军订购的F-35或任何第六代战机。根据Bromberg的说法，这款发动机将在“升级选型1”方案完成之后的4~8年内可用。与“升级选型1”或“升级选型1A”方案相比，这个方案下改型的F135发动机提供的燃烧效率，推力和寿命的极大提升。

升级选项2，又被美国空军研究实验室称之为XA101，将得益于美国空军的自适应循环计划。美国空军研究实验室已经分别与普惠和GE公司签署了合同，两家发动机制造商利用各自的技术研发用于第六代战机的变循环发动机，GE公司研发的自适应引擎发动机（AETD，Adaptive Engine Technology Development），被取名为XA102。

GE公司公布的三股气流变循环发动机方案，简单点说，就是可以通过增大和减少外涵道的气流来改变发动机的涵道比，这样就相当于根据需要实现超音速的小涵道比和省油的大涵道比之间进行模式切换。

Bromberg说：“自适应航空发动机就是在不同的飞行包线下改变性能配置。” Bromberg还强调F135发动机垂直起降型，已经具备了一定的自适应热力循环特性。而且他认为“自适应循环”将对应4种不同类型的技术：发动机核心机的运行；发动机中引入第三股气流，在不同的飞行包线下优化发动机性能；对发动机部件和流道进行软件控制，为发动机热端部件提供可调冷却气体；在必要时，发动机还为飞机武器系统提供可调冷却气流。

Bromberg还表示，普惠的自适应发动机研发工作进展顺利。他说“我们正在按时完成合同，我们正在击中所有关键的发展里程碑。” 事实上，普惠公司可能已经在验证样机中运行了3股气流的AETP自适应循环风扇和核心机。但当被问及普惠公司是否已经这样做时，Bromberg拒绝透露“是”或“不”，但他补充说：“我们将在不久的将来宣布测试结果，我们感觉非常好。”

全球最强的战机发动机，最大推力超过18吨

来源: 军工圈、西尔艾叉车配件平台

F-35“闪电II”战斗机使用的F135发动机是有史以来战斗机上安装过的推力最大的喷气式发动机。其中，用于F-35B的型号还集成了罗尔斯•罗伊斯公司的升力系统，使该机能实现短距起飞垂直降落(STOVL)。那么这种发动机在设计上有什么独到之处呢?

F135发动机解剖图

F135推进系统

F135的直径和空气流量都比F-22“猛禽”战斗机使用的F119发动机大。

F135和F119都是轴流式发动机，也就是说气流沿直线穿过发动机核心，这两种发动机共享一个“高度通用核心”。

从前往后看，这两种双转子发动机的压缩机系统大体相同，当然这种相同主要指F135和F119共享发动机架构，而不是使用了相同的零件。

当然除这些相似性之外两种发动机存在一些重要区别。由于单发的F-35需要F135产生高达43000磅(19504千克/191.27kN)的“湿”推力(也就是全加力推力，注意本文中的推力都是指推力级别，而不是具体数据)，而F119的全加力推力是35000磅(15876千克/155.7kN)。所以F135需要比F119更大的气流流量，为此加大了进气口直径(1168毫米)和风扇直径(1270毫米)，发动机总体直径也更大了(1295毫米)。

与F119相同，F135也采用三级风扇(在军用涡扇发动机上，风扇是指整个低压压缩机组件)。每级风扇都包括一个单片式整体叶片转子(IBR，或简称为“叶盘”，由实心钛合金盘体和钛叶片焊接而成)。

第一级叶盘的中空叶片通过线性摩擦焊工艺焊接在盘提上，然后再加工成规定直径。第二级叶盘采用实心叶片，使用相同技术焊接而成。线性摩擦焊是利用两个工件以一定的频率和振幅往复运动而产生的热量进行焊接的方法，接合面受热熔化后在压力下使工件结为整体。

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53%进入核心继续压缩，与燃油混合，燃烧成炽热燃气，再进入涡轮级，从而产生最大28000磅(12700千克/124.55kN)的干推力(非加力)。

F135有一个六级高压压气机(HPC)单元，每级同样都采用了整体叶盘。前几级叶盘采用钛合金制造，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F119十分相似，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，所以运行温度也必然更高。

F119和F135都采用了单级高压涡轮(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，原因在于F-35B短距起飞垂直降落型。

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具有了悬停能力。

那么，这和F135的两级低压涡轮有什么关系呢?这是因为从项目一开始，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，这三种发动机直接仍存在一些具体据别，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被设计来满足F-35B严苛的短距起飞垂直降落要求，所以需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保留这个第二级低压涡轮。

当然，第二级低压涡轮也给F-35A/C带来了一些好处，这级涡轮提供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降落任务作出牺牲，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，这层涂料能够保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度炽热燃气融化。

F135和F119上，用于冷却高低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复杂的细小空气通道管网，这点与商用涡扇发动机类似。

F135涡轮扇发动机由美国普拉特·惠特尼公司研制的新型发动机，最大推力超过18吨。