F135是(shi)由由美國普拉特·惠特尼公司研制(zhi)的加(jia)力渦扇發動機(ji)(ji),最大(da)推力超過18噸(4萬磅),F135發動機(ji)(ji)是(shi)基于F-22的F119發動機(ji)(ji)的核心(xin)機(ji)(ji)和主要結構研制(zhi)的。由于海軍(jun)陸戰(zhan)隊與英(ying)國皇家海軍(jun)預計采用的F-35B必須(xu)能夠(gou)垂直起(qi)降,因此F135也可(ke)以加(jia)上(shang)向下彎折的三軸承旋轉(zhuan)噴管。但是(shi)這(zhe)(zhe)個噴管只(zhi)有在垂直起(qi)降的場合使用,可(ke)以大(da)大(da)地縮(suo)短起(qi)飛(fei)/降落距離。其他F-35則不(bu)使用這(zhe)(zhe)項設(she)計。
F135使用(yong)了(le)F119的(de)(de)核心(xin)機(ji),配合高效(xiao)的(de)(de)6級高壓壓氣機(ji),1級高壓渦輪和高效(xiao)的(de)(de)風扇(由(you)一(yi)(yi)個(ge)(ge)2級的(de)(de)低壓渦輪驅動(dong)(dong))。F135采(cai)用(yong)了(le)BAE系(xi)統公(gong)司(si)的(de)(de)全權數字式發(fa)動(dong)(dong)機(ji)控制系(xi)統(FADEC),為了(le)提高發(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)可靠性和可保障性,F135大(da)量采(cai)用(yong)外場可替換部(bu)件(jian)(jian)(LRC),其零部(bu)件(jian)(jian)數量比F119減少(shao)了(le)大(da)約40%。按(an)照計劃,F135有(you)三個(ge)(ge)不同的(de)(de)型(xing)號,F135一(yi)(yi)PW一(yi)(yi)100將作(zuo)為F-35A空軍(jun)型(xing)的(de)(de)動(dong)(dong)力(li)系(xi)統;F135一(yi)(yi)PW一(yi)(yi)400將作(zuo)為F-35C海(hai)軍(jun)艦載型(xing)的(de)(de)動(dong)(dong)力(li);而F135一(yi)(yi)PW一(yi)(yi)600將作(zuo)為F-35B海(hai)軍(jun)陸戰隊短距起飛/垂(chui)直降(jiang)落(luo)型(xing)的(de)(de)動(dong)(dong)力(li)。
對(dui)于F135的(de)(de)(de)(de)(de)由來,其使用(yong)了(le)部(bu)分(fen)前蘇(su)聯(lian)R79發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)技術是毫無疑問的(de)(de)(de)(de)(de),洛克(ke)(ke)希(xi)德(de)也(ye)對(dui)此(ci)供(gong)認(ren)不(bu)諱(hui)。但互(hu)聯(lian)網(wang)上有一種(zhong)錯誤的(de)(de)(de)(de)(de)認(ren)識,認(ren)為(wei)(wei)(wei)其完(wan)全仿制(zhi)了(le)前蘇(su)聯(lian)雅(ya)克(ke)(ke)-141使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)R79V-300發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)。這(zhe)一認(ren)識的(de)(de)(de)(de)(de)源頭是:蘇(su)聯(lian)解體后,洛克(ke)(ke)希(xi)德(de)的(de)(de)(de)(de)(de)人隨同(tong)美國政府官員(yuan)參觀了(le)雅(ya)科夫(fu)列夫(fu)設計局(ju)和(he)(he)其他(ta)一些(xie)俄羅斯航空企業,他(ta)們有機(ji)會接觸了(le)雅(ya)科夫(fu)列夫(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)技術和(he)(he)設計。當時(shi)雅(ya)科夫(fu)列夫(fu)設計局(ju)正尋找資金來維持雅(ya)克(ke)(ke)-141項目,該型還沒獲得任(ren)何訂(ding)單。洛克(ke)(ke)希(xi)德(de)公(gong)司用(yong)少量資金就換(huan)取了(le)雅(ya)克(ke)(ke)-141的(de)(de)(de)(de)(de)性能數據(ju)和(he)(he)部(bu)分(fen)設計數據(ju),俄國人也(ye)允許美國政府人員(yuan)研究這(zhe)些(xie)資。因此(ci),洛克(ke)(ke)希(xi)德(de)·馬丁公(gong)司的(de)(de)(de)(de)(de)X-35的(de)(de)(de)(de)(de)短距起飛/垂直降落設計應(ying)該吸收了(le)一部(bu)分(fen)雅(ya)克(ke)(ke)-141的(de)(de)(de)(de)(de)現有成(cheng)果(guo)。但普拉(la)特·惠特尼公(gong)司的(de)(de)(de)(de)(de)F135發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)只是吸取了(le)R79V-300發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)技術,兩者結(jie)構和(he)(he)尺寸并不(bu)完(wan)全相(xiang)同(tong),且R-79V-300發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)涵道比較高,達到0.81;渦(wo)輪進口溫度(du)較低,為(wei)(wei)(wei)1620K;推重(zhong)比只有5.64,難以成(cheng)為(wei)(wei)(wei)一種(zhong)合格的(de)(de)(de)(de)(de)第四代航空發(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)。
F135發(fa)動機因F-35的需求而啟動。
在聯(lian)合攻擊戰(zhan)斗(dou)機(ji)(ji)(JSF,Joint Strike Fighter)項目中,美國(guo)國(guo)防部一直致力于尋求(qiu)(qiu)一種(zhong)全(quan)壽命周期耗費低廉合理、并且(qie)(qie)能(neng)夠同(tong)時滿足三(san)個不同(tong)軍種(zhong)使用(yong)要求(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)設(she)(she)計方(fang)案。因此,這(zhe)款(kuan)全(quan)新戰(zhan)斗(dou)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)設(she)(she)計必(bi)(bi)須包含常(chang)規起降型(xing)(CTOL)、艦載型(xing)(CV)和短距起飛(fei)/垂(chui)直降落型(xing)(STOVL)等三(san)種(zhong)不同(tong)型(xing)號,而(er)且(qie)(qie)所有功能(neng)的(de)(de)(de)實(shi)現都必(bi)(bi)須首先滿足價格的(de)(de)(de)要求(qiu)(qiu)。因此參與競(jing)標的(de)(de)(de)兩款(kuan)飛(fei)機(ji)(ji)中,無論(lun)是洛克(ke)希(xi)德·馬丁公司的(de)(de)(de)X-35還是波音公司的(de)(de)(de)X-32驗證機(ji)(ji),均采用(yong)了成(cheng)本較低且(qie)(qie)能(neng)兼顧短距起飛(fei)/垂(chui)直降落要求(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)單發布(bu)局。
在聯合(he)攻擊戰(zhan)斗機(ji)項目驗(yan)證(zheng)機(ji)研(yan)(yan)制(zhi)之時,世(shi)界(jie)上唯一可以滿(man)足性能要求的(de)發動機(ji)就(jiu)是(shi)普·惠(hui)公司研(yan)(yan)制(zhi)的(de)F119-PW-100發動機(ji),F119-PW-100也是(shi)人(ren)類歷史上最早投入(ru)使用的(de)推重比超過(guo)10的(de)小(xiao)涵道(dao)比加力渦扇發動機(ji)。由于兩家(jia)競爭公司對飛機(ji)的(de)要求不同,從而(er)要求普·惠(hui)公司研(yan)(yan)制(zhi)2種略有不同的(de)F-119改進型(xing)以滿(man)足每個(ge)競爭者(zhe)各(ge)自的(de)需要。波(bo)音型(xing)F-119發動機(ji)的(de)代號是(shi)JSF/119-SE614,洛克希德·馬(ma)丁(ding)型(xing)的(de)代號是(shi)JSF/F119-SE611。
這兩種型別的發(fa)動(dong)機(ji)之所(suo)以要存在這些差異(yi),主(zhu)(zhu)要是因為兩個JSF機(ji)體制(zhi)造(zao)商所(suo)采(cai)用(yong)的垂直(zhi)(zhi)升(sheng)(sheng)力(li)系統方案有所(suo)不同。波音公司采(cai)用(yong)了類似海鷂戰(zhan)斗機(ji)的多個矢量噴管(guan)下偏(pian)垂直(zhi)(zhi)起飛方案,整體來(lai)看比較復雜。X-32使用(yong)多個引(yin)(yin)氣(qi)管(guan)道將發(fa)動(dong)機(ji)燃(ran)燒室出(chu)口燃(ran)氣(qi)引(yin)(yin)出(chu)到位于飛機(ji)重(zhong)心(xin)位置的向下噴管(guan)提(ti)供垂直(zhi)(zhi)起降的主(zhu)(zhu)要升(sheng)(sheng)力(li),另(ling)外由數(shu)個小引(yin)(yin)氣(qi)通道將發(fa)動(dong)機(ji)風扇和(he)加力(li)燃(ran)燒室的氣(qi)流引(yin)(yin)出(chu)為飛機(ji)提(ti)供升(sheng)(sheng)力(li)補充(chong)和(he)姿態(tai)控(kong)制(zhi)。
而洛克(ke)希(xi)德(de)·馬丁公司的X-35采(cai)用了(le)發(fa)動機主(zhu)軸驅動的升力(li)風扇+發(fa)動機噴(pen)管下(xia)偏(pian)來實現垂直起降。洛克(ke)希(xi)德(de)·馬丁公司使用的發(fa)動機JSF/F119-SE611采(cai)用了(le)軸對稱(cheng)噴(pen)管,能夠垂直下(xia)偏(pian)提供主(zhu)要升力(li)。既(ji)然驗證機采(cai)用了(le)以F119-PW-100發(fa)動機為基礎的改(gai)進型號,在F-35被(bei)確定(ding)贏得聯合(he)打擊戰斗機合(he)同之后,動力(li)系統沿用原(yuan)來的發(fa)展思路就(jiu)成(cheng)了(le)水到渠成(cheng)的事情(qing),這就(jiu)是F135發(fa)動機項(xiang)目的開(kai)端。
F135發動機(ji)是(shi)F119發動機(ji)的(de)衍(yan)生型。F119發動機(ji)由3級風扇、6級高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣(qi)(qi)機(ji)、帶氣(qi)(qi)動噴(pen)嘴、浮壁式(shi)火焰筒的(de)環(huan)形燃(ran)燒(shao)室、單(dan)級高(gao)壓(ya)(ya)渦輪(lun)(lun)、高(gao)壓(ya)(ya)渦輪(lun)(lun)轉向相反的(de)單(dan)級低(di)壓(ya)(ya)渦輪(lun)(lun)、加力(li)燃(ran)燒(shao)室與二維矢量噴(pen)管等組成。整臺發動機(ji)分(fen)為:風扇、核(he)心機(ji)、低(di)壓(ya)(ya)渦輪(lun)(lun)、加力(li)燃(ran)燒(shao)室、尾噴(pen)管和附件傳動機(ji)匣等6個單(dan)元(yuan)體,另外還有附件、FADEC及發動機(ji)監(jian)測系統。其加力(li)推(tui)力(li)155.7千(qian)牛,中間推(tui)力(li)104.0千(qian)牛,總(zong)壓(ya)(ya)比35,涵道(dao)比0.3,渦輪(lun)(lun)前溫1850-1950K,最(zui)大直徑(jing)1.13米(mi),長(chang)度(du)4.826米(mi)、重量1460千(qian)克。
F135發動(dong)(dong)機(ji)(ji)采用(yong)與F119發動(dong)(dong)機(ji)(ji)基(ji)本(ben)相(xiang)同(tong)的(de)(de)核(he)心機(ji)(ji)。為(wei)提(ti)高(gao)(gao)推力(li),增(zeng)加(jia)了(le)發動(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)空氣(qi)流量(liang)和涵道(dao)比(bi),提(ti)高(gao)(gao)了(le)發動(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)工作溫度;為(wei)了(le)獲得短距起(qi)(qi)飛和垂(chui)直著(zhu)陸(lu)能力(li),垂(chui)直起(qi)(qi)降(jiang)型增(zeng)加(jia)了(le)新穎的(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(qi)3級風扇(shan)采用(yong)超中等展弦比(bi)、前掠葉片(pian)、線性摩擦焊(han)的(de)(de)整體葉盤和失諧技術,在保(bao)持原風扇(shan)的(de)(de)高(gao)(gao)級壓比(bi)、高(gao)(gao)效率、大(da)喘振裕度和輕質量(liang)的(de)(de)同(tong)時(shi),將(jiang)風扇(shan)的(de)(de)截面面積(ji)增(zeng)加(jia)了(le)10%-20%。6級壓氣(qi)機(ji)(ji)與F119發動(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)基(ji)本(ben)相(xiang)同(tong)。
燃燒(shao)(shao)室(shi)(shi)在F119發動機(ji)三維高(gao)紊流度(du)、高(gao)旋流結構(gou)的(de)(de)(de)浮動壁(bi)燃燒(shao)(shao)室(shi)(shi)的(de)(de)(de)基(ji)礎上,采用了(le)高(gao)燃油空氣比(bi)燃燒(shao)(shao)室(shi)(shi)技術,在提(ti)(ti)(ti)供小的(de)(de)(de)分布因(yin)子(zi)和所(suo)要求的(de)(de)(de)徑向(xiang)剖(pou)面的(de)(de)(de)同(tong)時,滿足了(le)效率(lv)目標。高(gao)、低壓(ya)渦(wo)輪(lun)采用對轉(zhuan)(zhuan)結構(gou),“超(chao)冷”高(gao)壓(ya)渦(wo)輪(lun)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)葉(xie)片和導流葉(xie)片采用計算(suan)流體力(li)學(xue)(CFD)方法(fa)設計,利用高(gao)溫材料(liao)(可能為(wei)CMSX-4鑄造合金)鑄造,已在改(gai)進的(de)(de)(de)F119發動機(ji)上得到驗(yan)證,在提(ti)(ti)(ti)高(gao)耐久性的(de)(de)(de)同(tong)時,能夠明(ming)顯(xian)提(ti)(ti)(ti)高(gao)工作(zuo)溫度(du)(約為(wei)110℃)。低壓(ya)渦(wo)輪(lun)增加1級(ji),變為(wei)2級(ji),以適應增大的(de)(de)(de)風扇(shan)帶來的(de)(de)(de)驅動負荷。
F135發動機(ji)推(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)比(bi)10.5、加力(li)(li)推(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)19噸(dun)(dun)級別、最大推(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)(無加力(li)(li))13噸(dun)(dun)級別、質量1700千克,其19噸(dun)(dun)的加力(li)(li)推(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)目前沒有任何實(shi)際裝備戰斗機(ji)的加力(li)(li)渦扇發動機(ji)能(neng)(neng)夠企及。不過值得一提的是(shi)(shi),F135相對于(yu)F119雖(sui)然推(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)大幅度(du)提高(gao),但是(shi)(shi)實(shi)際上是(shi)(shi)在同樣核心機(ji)基礎上用流量、高(gao)速(su)性能(neng)(neng)換推(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)。F135雖(sui)然推(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)力(li)(li)超群,但是(shi)(shi)其高(gao)速(su)性能(neng)(neng)卻是(shi)(shi)下降的。
STOVL型F135-PW-600為了滿足垂(chui)直(zhi)起降要求,設計了升(sheng)(sheng)力(li)風扇+發(fa)動(dong)(dong)機(ji)噴(pen)(pen)管下(xia)偏(pian)(pian)(pian)+調姿(zi)噴(pen)(pen)管的垂(chui)直(zhi)起降動(dong)(dong)力(li)方(fang)案。升(sheng)(sheng)力(li)風扇由涵道(dao)、風扇、D形噴(pen)(pen)管、聯軸器(qi)、作(zuo)動(dong)(dong)裝置和伺服系統組成,由主(zhu)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)F135的2級低壓渦輪驅動(dong)(dong);升(sheng)(sheng)力(li)風扇直(zhi)徑為1.27m,可以(yi)(yi)向(xiang)(xiang)前(qian)偏(pian)(pian)(pian)轉13°,向(xiang)(xiang)后偏(pian)(pian)(pian)轉30°,在(zai)STOVL工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態下(xia)使(shi)戰斗機(ji)上方(fang)的冷氣流以(yi)(yi)230kg/s的流量垂(chui)直(zhi)向(xiang)(xiang)下(xia)噴(pen)(pen)出,產生90千牛的升(sheng)(sheng)力(li);3軸承(cheng)偏(pian)(pian)(pian)轉噴(pen)(pen)管垂(chui)直(zhi)向(xiang)(xiang)下(xia)偏(pian)(pian)(pian)轉(最多可偏(pian)(pian)(pian)轉95度,可左右各偏(pian)(pian)(pian)轉10度),產生71.1千牛的升(sheng)(sheng)力(li);該噴(pen)(pen)管可使(shi)發(fa)動(dong)(dong)機(ji)的排(pai)氣從水(shui)平(ping)偏(pian)(pian)(pian)轉到(dao)垂(chui)直(zhi)甚至向(xiang)(xiang)前(qian),可以(yi)(yi)使(shi)推力(li)從水(shui)平(ping)方(fang)向(xiang)(xiang)偏(pian)(pian)(pian)轉到(dao)垂(chui)直(zhi)向(xiang)(xiang)后。
此外,每側翼根處的(de)滾轉控(kong)制(zhi)(zhi)噴管(guan)利(li)用發動(dong)機壓氣機的(de)引氣,也可提(ti)供16.7kN的(de)推(tui)力(li);在控(kong)制(zhi)(zhi)桿端的(de)噴管(guan)差動(dong)地打開和關閉(bi),實(shi)(shi)現(xian)滾轉控(kong)制(zhi)(zhi);通(tong)過偏轉噴管(guan)偏航實(shi)(shi)現(xian)偏航控(kong)制(zhi)(zhi);通(tong)過升力(li)風(feng)扇(shan)和發動(dong)機推(tui)力(li)分離器實(shi)(shi)現(xian)俯仰控(kong)制(zhi)(zhi)。包括主發動(dong)機在內的(de)整個推(tui)進(jin)系統的(de)長度(du)為(wei)9.37m,懸停(ting)總推(tui)力(li)為(wei)175.3千牛(niu),短(duan)距起飛推(tui)力(li)為(wei)169.5千牛(niu)。
2005年11月底,普拉特(te)·惠特(te)尼公司完成對(dui)F135的總(zong)裝。
2006年3月,F135發動機進行了(le)數千小(xiao)時(shi)的靜態(tai)測試實驗。
2006年10月(yue),F135被首次安裝在飛機上進行飛行測試,并且測試成功(gong)。
最大加力推(tui)力(kN):178(原型)、191.3(量產型)
中間推(tui)力(kN):115(原型)、128.1(量產型)
進(jin)氣口直(zhi)徑(m):1.17
長度(m):5.59
外徑(jing)(m):1.30
涵道比(bi):0.57
總壓比:28
推重比:10.5(原型)、11.7(量產型)
質量(kg):1730(原(yuan)型)、1670(量產(chan)型)