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浅析F35“闪电Ⅱ”战斗机的超级心脏

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发布时间: 2017-11-14 09:46:37来源: 科普中国-军事科技前沿

F-22和F-35是美国研制的两种第五代战斗机,同时也是世界上最顶尖的战机代表,它们的性能自然不用多说,这两种战机真正核心的部分是 F119和F135发动机。特别是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。那么这种发动机在设计上有什么独到之处呢?

在联合攻击战斗机项目中,美国国防部一直致力于寻求一种全寿命周期耗费低廉合理、并且能够同时满足三个不同军种使用要求的设计方案。因此,这款全新战斗机的设计必须包含常规起降型、舰载型和短距起飞/垂直降落型等三种不同型号,而且所有功能的实现都必须首先满足价格的要求。因此参与竞标的两款飞机中,无论是洛克希德•马丁公司的X-35还是波音公司的X-32验证机,均采用了成本较低且能兼顾短距起飞/垂直降落要求的单发布局。在联合攻击战斗机项目验证机研制之时,世界上唯一可以满足性能要求的发动机就是普•惠公司研制的F119-PW-100发动机,F119-PW-100也是人类历史上最早投入使用的推重比超过10的小涵道比加力涡扇发动机。

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磅的“湿”推力,而F119的全加力推力是35000磅。所以F135需要比F119更大的气流流量,为此加大了进气口直径和风扇直径,发动机总体直径也更大了。

与F119相同,F135也采用三级风扇,每级风扇都包括一个单片式整体叶片转子。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磅的干推力。

F135有一个六级高压压气机单元,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。

F119和F135都采用了单级高压涡轮,不过F135的低压涡轮是两级,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,正是这套升力系统才使得F-35B具有了悬停能力。

据说F-35B在设计之初,购买过俄罗斯雅克141发动机的技术资料,不过在研究之后发现,雅克141垂直起降方案效率低,对飞行甲板的危害大,因此才最终改为如今的设计。(本片由《航空知识》主编王亚楠进行科学性把关)

出 品:科普中国

总监制:杨 谷

总策划:宋乐永

制片人:战 钊

编 导:宋雅娟 张佳兴

制 作:光明网科普事业部

(科普中国军事科技前沿栏目独家稿件,转载请注明来源)

(责编:tibet)

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