F135是由由美國(guo)普拉(la)特·惠特尼(ni)公司研(yan)制(zhi)的(de)加力(li)渦扇發動機,最大(da)(da)推力(li)超過18噸(4萬磅),F135發動機是基(ji)于F-22的(de)F119發動機的(de)核心機和主(zhu)要結構研(yan)制(zhi)的(de)。由于海(hai)軍陸戰(zhan)隊(dui)與英國(guo)皇家海(hai)軍預計采用的(de)F-35B必須能夠垂直起(qi)降(jiang),因此(ci)F135也(ye)可(ke)以(yi)(yi)加上向下彎折的(de)三軸承旋轉噴(pen)管(guan)。但是這(zhe)個噴(pen)管(guan)只(zhi)有在垂直起(qi)降(jiang)的(de)場合使用,可(ke)以(yi)(yi)大(da)(da)大(da)(da)地縮短起(qi)飛(fei)/降(jiang)落距離(li)。其他F-35則不(bu)使用這(zhe)項(xiang)設計。
F135使用了(le)(le)F119的(de)(de)核(he)心機,配合高(gao)(gao)效的(de)(de)6級(ji)高(gao)(gao)壓(ya)壓(ya)氣機,1級(ji)高(gao)(gao)壓(ya)渦輪和高(gao)(gao)效的(de)(de)風扇(由一(yi)個2級(ji)的(de)(de)低壓(ya)渦輪驅動(dong))。F135采用了(le)(le)BAE系(xi)統(tong)公司的(de)(de)全權(quan)數字式發(fa)動(dong)機控制系(xi)統(tong)(FADEC),為(wei)了(le)(le)提高(gao)(gao)發(fa)動(dong)機的(de)(de)可(ke)靠性和可(ke)保障性,F135大量采用外場(chang)可(ke)替換部件(LRC),其零部件數量比F119減(jian)少了(le)(le)大約40%。按照計劃,F135有三個不同的(de)(de)型號,F135一(yi)PW一(yi)100將作為(wei)F-35A空軍(jun)型的(de)(de)動(dong)力系(xi)統(tong);F135一(yi)PW一(yi)400將作為(wei)F-35C海(hai)軍(jun)艦(jian)載型的(de)(de)動(dong)力;而(er)F135一(yi)PW一(yi)600將作為(wei)F-35B海(hai)軍(jun)陸戰(zhan)隊短距起飛(fei)/垂(chui)直降落(luo)型的(de)(de)動(dong)力。
對于F135的(de)(de)(de)(de)由來,其使用了(le)(le)部(bu)(bu)分前(qian)蘇(su)聯R79發(fa)動機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)技術(shu)是毫無疑問的(de)(de)(de)(de),洛克(ke)希(xi)(xi)德也(ye)對此(ci)供(gong)認(ren)不(bu)諱。但互聯網上(shang)有(you)一(yi)(yi)種錯誤的(de)(de)(de)(de)認(ren)識,認(ren)為其完全仿制了(le)(le)前(qian)蘇(su)聯雅(ya)克(ke)-141使用的(de)(de)(de)(de)R79V-300發(fa)動機(ji)(ji)。這一(yi)(yi)認(ren)識的(de)(de)(de)(de)源頭是:蘇(su)聯解體后,洛克(ke)希(xi)(xi)德的(de)(de)(de)(de)人隨同(tong)美(mei)國政(zheng)府(fu)官員參觀了(le)(le)雅(ya)科(ke)夫列(lie)夫設計(ji)局和其他一(yi)(yi)些俄羅斯航空企業(ye),他們(men)有(you)機(ji)(ji)會(hui)接(jie)觸了(le)(le)雅(ya)科(ke)夫列(lie)夫的(de)(de)(de)(de)技術(shu)和設計(ji)。當(dang)時雅(ya)科(ke)夫列(lie)夫設計(ji)局正尋找資金來維持雅(ya)克(ke)-141項目,該(gai)型還沒獲得任何訂單。洛克(ke)希(xi)(xi)德公(gong)司(si)用少量(liang)資金就換取了(le)(le)雅(ya)克(ke)-141的(de)(de)(de)(de)性能數據和部(bu)(bu)分設計(ji)數據,俄國人也(ye)允(yun)許美(mei)國政(zheng)府(fu)人員研究這些資。因(yin)此(ci),洛克(ke)希(xi)(xi)德·馬(ma)丁公(gong)司(si)的(de)(de)(de)(de)X-35的(de)(de)(de)(de)短距起飛/垂直降落設計(ji)應該(gai)吸收(shou)了(le)(le)一(yi)(yi)部(bu)(bu)分雅(ya)克(ke)-141的(de)(de)(de)(de)現有(you)成果。但普拉特·惠特尼公(gong)司(si)的(de)(de)(de)(de)F135發(fa)動機(ji)(ji)只是吸取了(le)(le)R79V-300發(fa)動機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)分技術(shu),兩者結構和尺寸并不(bu)完全相同(tong),且R-79V-300發(fa)動機(ji)(ji)涵道(dao)比(bi)較高,達到0.81;渦輪進口溫度較低,為1620K;推重(zhong)比(bi)只有(you)5.64,難以成為一(yi)(yi)種合格的(de)(de)(de)(de)第四(si)代(dai)航空發(fa)動機(ji)(ji)。
F135發動(dong)機(ji)因F-35的需求而(er)啟動(dong)。
在聯合攻擊戰(zhan)斗機(ji)(JSF,Joint Strike Fighter)項目中,美國國防(fang)部一直(zhi)致力(li)于尋求(qiu)(qiu)一種(zhong)全(quan)(quan)壽命(ming)周期耗費低廉合理(li)、并且(qie)能(neng)夠同時(shi)滿(man)足三個不(bu)同軍種(zhong)使(shi)用要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)的設(she)計方(fang)案(an)。因此(ci),這(zhe)款全(quan)(quan)新戰(zhan)斗機(ji)的設(she)計必(bi)須包含常規起降型(CTOL)、艦(jian)載(zai)型(CV)和短距(ju)起飛(fei)/垂直(zhi)降落型(STOVL)等三種(zhong)不(bu)同型號,而且(qie)所(suo)有功能(neng)的實現都必(bi)須首先滿(man)足價格的要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。因此(ci)參與(yu)競標的兩款飛(fei)機(ji)中,無論(lun)是洛(luo)克希(xi)德·馬丁公司的X-35還是波音(yin)公司的X-32驗證機(ji),均采用了成本(ben)較低且(qie)能(neng)兼(jian)顧短距(ju)起飛(fei)/垂直(zhi)降落要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)的單發布局(ju)。
在聯合攻(gong)擊戰(zhan)斗(dou)機(ji)(ji)項目驗證(zheng)機(ji)(ji)研制(zhi)(zhi)之時,世界(jie)上唯一可以滿足(zu)性能要(yao)求(qiu)的(de)(de)發動機(ji)(ji)就是(shi)(shi)普·惠公司(si)研制(zhi)(zhi)的(de)(de)F119-PW-100發動機(ji)(ji),F119-PW-100也(ye)是(shi)(shi)人類歷(li)史上最(zui)早投入使用的(de)(de)推重比超過10的(de)(de)小涵道(dao)比加力渦(wo)扇發動機(ji)(ji)。由(you)于兩家競爭(zheng)公司(si)對飛機(ji)(ji)的(de)(de)要(yao)求(qiu)不(bu)(bu)同(tong),從而要(yao)求(qiu)普·惠公司(si)研制(zhi)(zhi)2種略有不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)F-119改進型(xing)以滿足(zu)每個競爭(zheng)者各(ge)自的(de)(de)需要(yao)。波音(yin)型(xing)F-119發動機(ji)(ji)的(de)(de)代號(hao)是(shi)(shi)JSF/119-SE614,洛克希德·馬丁型(xing)的(de)(de)代號(hao)是(shi)(shi)JSF/F119-SE611。
這(zhe)兩種(zhong)型別的(de)(de)(de)發動機之所(suo)以要存在(zai)這(zhe)些(xie)差(cha)異,主要是因(yin)為兩個(ge)JSF機體(ti)制(zhi)造商(shang)所(suo)采用的(de)(de)(de)垂(chui)直(zhi)升力系統方(fang)案有所(suo)不同。波音公司采用了類似海鷂戰斗(dou)機的(de)(de)(de)多個(ge)矢量噴管下偏垂(chui)直(zhi)起飛方(fang)案,整(zheng)體(ti)來(lai)看比較復(fu)雜。X-32使用多個(ge)引(yin)(yin)氣管道(dao)將發動機燃(ran)燒室(shi)出(chu)口燃(ran)氣引(yin)(yin)出(chu)到位于(yu)飛機重(zhong)心位置(zhi)的(de)(de)(de)向下噴管提供(gong)垂(chui)直(zhi)起降的(de)(de)(de)主要升力,另外由數個(ge)小引(yin)(yin)氣通道(dao)將發動機風(feng)扇和(he)加力燃(ran)燒室(shi)的(de)(de)(de)氣流引(yin)(yin)出(chu)為飛機提供(gong)升力補充和(he)姿態(tai)控(kong)制(zhi)。
而(er)洛克(ke)希德·馬丁公(gong)司(si)的X-35采用(yong)(yong)(yong)了(le)(le)發(fa)動(dong)機(ji)主軸驅動(dong)的升(sheng)(sheng)力(li)(li)風(feng)扇+發(fa)動(dong)機(ji)噴管下偏來實現(xian)垂(chui)直起降。洛克(ke)希德·馬丁公(gong)司(si)使用(yong)(yong)(yong)的發(fa)動(dong)機(ji)JSF/F119-SE611采用(yong)(yong)(yong)了(le)(le)軸對(dui)稱噴管,能(neng)夠(gou)垂(chui)直下偏提供主要升(sheng)(sheng)力(li)(li)。既然(ran)驗證機(ji)采用(yong)(yong)(yong)了(le)(le)以F119-PW-100發(fa)動(dong)機(ji)為基礎的改(gai)進型號,在F-35被確(que)定贏得聯合打擊戰斗(dou)機(ji)合同之后(hou),動(dong)力(li)(li)系統沿用(yong)(yong)(yong)原來的發(fa)展思路就成(cheng)了(le)(le)水到渠成(cheng)的事情,這就是F135發(fa)動(dong)機(ji)項目(mu)的開端。
F135發動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)是F119發動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)的衍(yan)生(sheng)型。F119發動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)由3級風扇、6級高壓(ya)壓(ya)氣機(ji)(ji)(ji)(ji)、帶(dai)氣動(dong)(dong)(dong)噴嘴、浮(fu)壁式火焰筒的環形燃(ran)(ran)燒(shao)室(shi)、單(dan)級高壓(ya)渦(wo)(wo)輪、高壓(ya)渦(wo)(wo)輪轉向相反的單(dan)級低(di)壓(ya)渦(wo)(wo)輪、加力(li)(li)燃(ran)(ran)燒(shao)室(shi)與二維矢量(liang)噴管(guan)等組(zu)成。整臺發動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)分為:風扇、核心機(ji)(ji)(ji)(ji)、低(di)壓(ya)渦(wo)(wo)輪、加力(li)(li)燃(ran)(ran)燒(shao)室(shi)、尾噴管(guan)和附(fu)件(jian)傳動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)匣等6個單(dan)元體(ti),另外還(huan)有附(fu)件(jian)、FADEC及發動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)監測系統。其加力(li)(li)推(tui)(tui)力(li)(li)155.7千牛,中間推(tui)(tui)力(li)(li)104.0千牛,總壓(ya)比(bi)35,涵道比(bi)0.3,渦(wo)(wo)輪前溫1850-1950K,最大直徑(jing)1.13米,長度4.826米、重量(liang)1460千克。
F135發(fa)動(dong)機采(cai)用(yong)與F119發(fa)動(dong)機基(ji)本相(xiang)同的(de)(de)(de)核心機。為提高(gao)推力(li),增(zeng)加了(le)(le)發(fa)動(dong)機的(de)(de)(de)空氣(qi)流量(liang)和(he)(he)(he)涵道比,提高(gao)了(le)(le)發(fa)動(dong)機的(de)(de)(de)工作(zuo)溫度;為了(le)(le)獲得短距起(qi)飛和(he)(he)(he)垂直(zhi)(zhi)著陸能力(li),垂直(zhi)(zhi)起(qi)降型(xing)增(zeng)加了(le)(le)新穎的(de)(de)(de)升力(li)風扇(shan)、三軸承(cheng)旋轉(zhuan)噴(pen)管(guan)、滾轉(zhuan)控制噴(pen)管(guan)。其3級(ji)風扇(shan)采(cai)用(yong)超中等展弦比、前掠(lve)葉片、線性(xing)摩(mo)擦焊的(de)(de)(de)整體葉盤(pan)和(he)(he)(he)失(shi)諧技術,在保持原風扇(shan)的(de)(de)(de)高(gao)級(ji)壓比、高(gao)效率、大喘振裕度和(he)(he)(he)輕質量(liang)的(de)(de)(de)同時,將風扇(shan)的(de)(de)(de)截面面積增(zeng)加了(le)(le)10%-20%。6級(ji)壓氣(qi)機與F119發(fa)動(dong)機的(de)(de)(de)基(ji)本相(xiang)同。
燃(ran)燒室(shi)在(zai)F119發動(dong)機(ji)三維高(gao)(gao)(gao)紊流(liu)度、高(gao)(gao)(gao)旋(xuan)流(liu)結構的(de)(de)(de)浮動(dong)壁燃(ran)燒室(shi)的(de)(de)(de)基礎上,采用了高(gao)(gao)(gao)燃(ran)油空氣比(bi)燃(ran)燒室(shi)技術,在(zai)提(ti)供(gong)小(xiao)的(de)(de)(de)分布因子和(he)所(suo)要求的(de)(de)(de)徑向(xiang)剖面的(de)(de)(de)同(tong)時,滿足了效率目標。高(gao)(gao)(gao)、低(di)壓(ya)渦(wo)輪采用對轉(zhuan)結構,“超冷”高(gao)(gao)(gao)壓(ya)渦(wo)輪轉(zhuan)子葉片(pian)和(he)導流(liu)葉片(pian)采用計算流(liu)體力學(CFD)方法(fa)設計,利用高(gao)(gao)(gao)溫材料(可能(neng)為CMSX-4鑄(zhu)造合金(jin))鑄(zhu)造,已在(zai)改進的(de)(de)(de)F119發動(dong)機(ji)上得到驗證,在(zai)提(ti)高(gao)(gao)(gao)耐久(jiu)性的(de)(de)(de)同(tong)時,能(neng)夠明(ming)顯提(ti)高(gao)(gao)(gao)工(gong)作溫度(約為110℃)。低(di)壓(ya)渦(wo)輪增加1級,變為2級,以適應增大的(de)(de)(de)風扇帶來(lai)的(de)(de)(de)驅(qu)動(dong)負(fu)荷。
F135發動(dong)機(ji)推(tui)(tui)比10.5、加(jia)(jia)力(li)(li)推(tui)(tui)力(li)(li)19噸級(ji)(ji)別、最大推(tui)(tui)力(li)(li)(無加(jia)(jia)力(li)(li))13噸級(ji)(ji)別、質量(liang)1700千(qian)克(ke),其19噸的加(jia)(jia)力(li)(li)推(tui)(tui)力(li)(li)目前沒有任何(he)實(shi)際裝備戰斗機(ji)的加(jia)(jia)力(li)(li)渦扇發動(dong)機(ji)能(neng)夠企及。不過值得一提(ti)的是,F135相對于(yu)F119雖(sui)然(ran)推(tui)(tui)力(li)(li)大幅度提(ti)高(gao),但是實(shi)際上(shang)是在同(tong)樣核心機(ji)基(ji)礎上(shang)用流量(liang)、高(gao)速(su)性能(neng)換推(tui)(tui)力(li)(li)。F135雖(sui)然(ran)推(tui)(tui)力(li)(li)超群,但是其高(gao)速(su)性能(neng)卻是下降的。
STOVL型(xing)F135-PW-600為了滿(man)足垂直(zhi)起(qi)降(jiang)要(yao)求,設計了升力(li)風扇(shan)(shan)+發動(dong)機(ji)(ji)噴(pen)管(guan)下(xia)(xia)(xia)偏(pian)(pian)(pian)+調(diao)姿噴(pen)管(guan)的(de)垂直(zhi)起(qi)降(jiang)動(dong)力(li)方案(an)。升力(li)風扇(shan)(shan)由涵(han)道、風扇(shan)(shan)、D形噴(pen)管(guan)、聯軸(zhou)器、作(zuo)動(dong)裝置和伺服系(xi)統組成,由主發動(dong)機(ji)(ji)F135的(de)2級低壓渦輪驅(qu)動(dong);升力(li)風扇(shan)(shan)直(zhi)徑為1.27m,可(ke)(ke)以向(xiang)(xiang)(xiang)前(qian)偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)13°,向(xiang)(xiang)(xiang)后偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)30°,在(zai)STOVL工作(zuo)狀態下(xia)(xia)(xia)使戰(zhan)斗機(ji)(ji)上方的(de)冷氣流以230kg/s的(de)流量垂直(zhi)向(xiang)(xiang)(xiang)下(xia)(xia)(xia)噴(pen)出,產生90千牛(niu)的(de)升力(li);3軸(zhou)承偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)噴(pen)管(guan)垂直(zhi)向(xiang)(xiang)(xiang)下(xia)(xia)(xia)偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)(最多可(ke)(ke)偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)95度,可(ke)(ke)左右各偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)10度),產生71.1千牛(niu)的(de)升力(li);該噴(pen)管(guan)可(ke)(ke)使發動(dong)機(ji)(ji)的(de)排氣從(cong)水平偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)到(dao)垂直(zhi)甚至向(xiang)(xiang)(xiang)前(qian),可(ke)(ke)以使推力(li)從(cong)水平方向(xiang)(xiang)(xiang)偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)到(dao)垂直(zhi)向(xiang)(xiang)(xiang)后。
此外,每(mei)側翼根處的(de)(de)滾轉(zhuan)控制噴(pen)管(guan)(guan)利用發(fa)(fa)動(dong)機壓(ya)氣(qi)機的(de)(de)引氣(qi),也(ye)可提供16.7kN的(de)(de)推(tui)力(li);在控制桿(gan)端的(de)(de)噴(pen)管(guan)(guan)差動(dong)地打開和關閉,實現滾轉(zhuan)控制;通過偏轉(zhuan)噴(pen)管(guan)(guan)偏航實現偏航控制;通過升力(li)風(feng)扇(shan)和發(fa)(fa)動(dong)機推(tui)力(li)分離器實現俯仰(yang)控制。包括主發(fa)(fa)動(dong)機在內的(de)(de)整個推(tui)進系統的(de)(de)長度(du)為(wei)(wei)9.37m,懸(xuan)停總(zong)推(tui)力(li)為(wei)(wei)175.3千牛,短距起(qi)飛推(tui)力(li)為(wei)(wei)169.5千牛。
2005年11月底(di),普拉特·惠特尼公司完成(cheng)對F135的總裝。
2006年3月,F135發(fa)動機進(jin)行了(le)數千小時的靜(jing)態測試(shi)實(shi)驗。
2006年(nian)10月,F135被首次安裝(zhuang)在飛(fei)機上進行飛(fei)行測試,并且測試成功。
最大加力推(tui)力(kN):178(原(yuan)型)、191.3(量產型)
中間推力(kN):115(原型)、128.1(量產型)
進氣口直徑(m):1.17
長度(m):5.59
外徑(m):1.30
涵道比:0.57
總壓比:28
推重(zhong)比(bi):10.5(原型)、11.7(量產(chan)型)
質(zhi)量(kg):1730(原型)、1670(量產(chan)型)