Rolls-Royce LiftSystem
Силовая установка самолета

LiftSystem
Rolls-Royce LiftSystem, соединенная с турбовентиляторным двигателем F135 на Парижском авиасалоне в 2007 году.
ТипПодъемная система STOVL
ПроизводительRolls-Royce plc
Основные приложенияF-35 Молния II

Rolls -Royce LiftSystem , вместе с двигателем F135 , представляет собой силовую установку самолета, разработанную для использования в варианте STOVL самолета F-35 Lightning II . Полная система, известная как Integrated Lift Fan Propulsion System (ILFPS), была награждена Collier Trophy в 2001 году. [1]

Требование

Вариант F-35B STOVL самолета Joint Strike Fighter (JSF) был предназначен для замены McDonnell Douglas AV-8B Harrier II и McDonnell Douglas F/A-18 Hornet, используемых Корпусом морской пехоты США . Он также должен был заменить British Aerospace Harrier II и British Aerospace Sea Harrier, используемые Королевскими ВВС и Королевским флотом . [2] Самолет должен был иметь сверхзвуковые возможности, и для варианта STOVL требовалась подходящая система вертикального подъема , которая не ставила бы под угрозу эти возможности. Это требование было выполнено Rolls-Royce LiftSystem, разработанной в рамках контракта на разработку и демонстрацию систем (SDD) стоимостью 1,3 миллиарда долларов от Pratt & Whitney . [3] Это требование было выполнено 20 июля 2001 года . [4] [5]

Проектирование и разработка

задняя часть двигателя F135 (сопло повернуто вниз), который приводит в действие Rolls-Royce LiftSystem

Вместо использования отдельных подъемных двигателей, как у Яковлева Як-38 , или вращающихся сопел для перепускного воздуха двигателя, как у Harrier, «LiftSystem» имеет приводимый в действие валом LiftFan, разработанный Lockheed Martin и разработанный Rolls-Royce, [3] и сопло с вектором тяги для выхлопа двигателя, которое обеспечивает подъемную силу и также может выдерживать температуры форсажа в обычном полете для достижения сверхзвуковых скоростей. [4] Подъемно-движительная система с ее трехопорным поворотным соплом воздуховода (3BSD) больше всего напоминает планы истребителя Convair Model 200 Sea Control Fighter 1973 года, чем предыдущее поколение конструкций STOVL, к которому принадлежит Harrier. [6]

Команда, ответственная за разработку двигательной установки, включала Lockheed Martin, Northrop Grumman , BAE Systems , Pratt & Whitney и Rolls-Royce под руководством Управления программы Joint Strike Fighter Министерства обороны США . Пол Бевилаква , [7] главный инженер Lockheed Martin Advanced Development Projects ( Skunk Works ), изобрел двигательную установку с подъемным вентилятором. [8] Концепция подъемного вентилятора с приводом от вала восходит к середине 1950-х годов. [9] Подъемный вентилятор был продемонстрирован Allison Engine Company в 1995–1997 годах. [10]

Министерство обороны США (DOD) заключило с компаниями General Electric и Rolls-Royce контракт на сумму 2,1 млрд долларов на совместную разработку двигателя F136 в качестве альтернативы F135. LiftSystem была разработана для использования с любым из двигателей. [3] После прекращения государственного финансирования GE и Rolls-Royce прекратили дальнейшую разработку двигателя в 2011 году. [11]

Rolls-Royce руководил общей программой разработки и интеграции в Бристоле , Великобритания , а также отвечал за турбомашину LiftFan, 3BSM и конструкции Roll Post. Rolls-Royce в Индианаполисе предоставил коробку передач, сцепление, приводной вал и сопло, а также провел сборку и проверочные испытания LiftFan.

Операция

Схема компонентов LiftSystem и воздушного потока
Схема турбореактивной энергии для прототипа LiftSystem
Схема самолета с подъемной силой

Rolls-Royce LiftSystem состоит из четырех основных компонентов: [3]

  • ЛифтФан
  • Приводной вал двигателя к вентилятору [12]
  • Модуль поворотный трехопорный (3БСМ)
  • Стойки для рулонов (две)

Трехопорный поворотный модуль (3BSM) представляет собой сопло с вектором тяги в задней части самолета, которое направляет выхлопные газы двигателя либо напрямую с возможностью форсажа для полета вперед, либо отклоняет их вниз для обеспечения подъемной силы. [13]

Для вертикального полета 29 000 л.с. [14] [15] [16] передаются удлинительным валом на вентилятор двигателя с помощью муфты [17] и конического редуктора на подъемный вентилятор противоположного вращения, расположенный впереди двигателя. Воздушный поток вентилятора (низкоскоростной ненагретый воздух) выходит через лопатки вектора тяги на нижней стороне самолета и уравновешивает подъемную силу из заднего сопла. Для боковой устойчивости и управления креном перепускной воздух из двигателя используется в сопле стойки крена в каждом крыле. [18] Для управления тангажем площади выхлопного сопла и входного отверстия LiftFan изменяются, при этом общая подъемная сила остается постоянной. Управление рысканием достигается путем рыскания 3BSM. [16] Движение вперед, а также назад контролируется наклоном 3BSM и лопаток в сопле с изменяемой площадью лопастей LiftFan. [5]

Ниже приведены значения тяги компонентов системы в режиме подъема: [3]

КомпонентТолкать
3БСМ, сухая тяга18 000 фунтов силы (80 кН)
Подъемный вентилятор20 000 фунтов силы (89 кН)
Рулонные стойки, комбинированные3900 фунтов силы (17 кН)
Общий41 900 фунтов силы (186 кН)

Для сравнения, максимальная тяга двигателя Rolls-Royce Pegasus 11-61/F402-RR-408, самой мощной версии, используемой в AV-8B , составляет 23 800 фунтов силы (106 кН). [19] Вес AV-8B составляет около 46% веса F-35B .

Как и подъемные двигатели, дополнительные компоненты LiftSystem являются мертвым грузом во время полета, но преимущество использования LiftSystem заключается в том, что ее большая подъемная тяга увеличивает взлетную полезную нагрузку еще больше. [ необходима цитата ]

Инженерные проблемы

При разработке LiftSystem пришлось преодолеть множество инженерных трудностей и использовать новые технологии. [20]

LiftFan использует полые лопастные титановые блиски (лопастной диск или «блиск», полученный путем сверхпластичной формовки лопастей и линейной сварки трением со ступицей блиска). [21] Для межступенчатых лопаток используются органические матричные композиты. LiftFan допущен [22] к полету со скоростью до 250 узлов (130 м/с). Это состояние проявляется как боковой ветер в горизонтальном воздухозаборнике и возникает, когда самолет переходит от прямого полета к зависанию. [23]

Механизм сцепления использует технологию «сухой пластины углерод-углерод», изначально заимствованную из авиационных тормозов. Трение используется только для включения подъемного вентилятора на низких оборотах двигателя. Механическая блокировка включается перед увеличением мощности до полной. [24]

Коробка передач должна иметь возможность работать с перерывами в подаче масла продолжительностью до минуты, передавая полную мощность на 90 градусов на LiftFan. [ необходима цитата ]

Модуль поворотного шарнира с тремя подшипниками должен поддерживать окончательное сопло с вектором тяги и передавать его осевые нагрузки обратно на опоры двигателя. «Топливогидравлические» приводы для 3BSM используют топливо под давлением 3500 фунтов силы на квадратный дюйм (24 000 кПа; 250 кгс/см 2 ), а не гидравлическую жидкость, чтобы уменьшить вес и сложность. Один привод перемещается вместе с поворотным соплом, перемещаясь на 95 градусов, подвергаясь сильному нагреву и вибрации. [ требуется цитата ]

Тестирование

В ходе разработки концепции истребителя Joint Strike Fighter были проведены летные испытания двух самолетов Lockheed: Lockheed X-35A (который позже был преобразован в X-35B) и X-35C с большим крылом [25] с вариантом STOVL, включающим модуль Rolls-Royce LiftFan.

Летные испытания LiftSystem начались в июне 2001 года, а 20 июля того же года X-35B стал первым самолетом в истории, который выполнил короткий взлет, горизонтальный сверхзвуковой рывок и вертикальную посадку за один полет. К моменту завершения испытаний в августе самолет совершил 17 вертикальных взлетов, 14 коротких взлетов, 27 вертикальных посадок и пять сверхзвуковых полетов. [4] Во время финальных квалификационных летных испытаний Joint Strike Fighter X-35B взлетел с высоты менее 500 футов (150 м), перешел в сверхзвуковой полет, а затем приземлился вертикально. [26]

Наземные испытания комбинации F136/LiftSystem были проведены на заводе General Electric в Пиблсе, штат Огайо, в июле 2008 года. 18 марта 2010 года самолет F-35B, оснащенный системой вертикального взлета и посадки, выполнил демонстрацию вертикального зависания и посадки на военно-морской авиабазе Патаксент-Ривер в Лексингтон-Парке, штат Мэриленд. [27]

Награда «Коллиер Трофи»

В 2001 году двигательная система LiftSystem была награждена премией Collier Trophy [28] в знак признания «величайшего достижения в области аэронавтики или астронавтики в Америке», в частности, за «улучшение характеристик, эффективности и безопасности воздушных или космических аппаратов, ценность которых была полностью продемонстрирована реальным использованием в течение предыдущего года». [4]

Технические характеристики (LiftSystem)

Главный двигатель
Пратт энд Уитни F135
17 600 фунтов силы (78 кН) сухая тяга

Компоненты : [3]

ЛифтФан
Двухступенчатый вентилятор с полым титановым блиском противоположного вращения диаметром 50 дюймов (1,3 м). Верхний вентилятор оснащен регулируемыми направляющими лопатками входного отверстия. Способен генерировать более 20 000 фунтов силы (89 кН) холодной тяги [21]
Трехопорный поворотный модуль
Способен поворачиваться на 95 градусов за 2,5 секунды и развивать тягу в 18 000 фунтов силы (80 кН) в режиме подъема, с возможностью форсажа в нормальном горизонтальном положении.
Рулонные посты
Два: с гидравлическим приводом
  • Демонстрационный полет X-35/LiftSystem с переходом в конфигурацию вертикального взлета и посадки, висением, взлетом в конфигурации вертикального взлета и посадки, дозаправкой в ​​воздухе, вертикальным висением и посадкой.
  • Демонстрация вертикальной посадки, демонстрирующая работу 3БСМ.
  • Турбина и подъемный вентилятор в сборе, экспонируемые в Национальном музее авиации и космонавтики, Центре Стивена Ф. Удвара-Хейзи
    Турбина и подъемный вентилятор в сборе, экспонируемые в Национальном музее авиации и космонавтики, Центре Стивена Ф. Удвара-Хейзи

Смотрите также

Связанные списки

Ссылки

  1. ^ http://naa.aero/userfiles/files/documents/Press%20Releases/Collier%202001%20PR.pdf [ пустой URL-адрес PDF ]
  2. ^ https://archive.org/details/DTIC_ADA395506/page/n5/mode/2up?q=joint+strike+fighter, стр.4
  3. ^ abcdef LiftSystem Rolls-Royce веб-сайт. Получено: июль 2017
  4. ^ abcd Двигательная система в Lockheed Martin Joint Strike Fighter выигрывает Collier Trophy Архивировано 25 мая 2011 г. на Wayback Machine . Пресс-релиз Lockheed Martin, 28 февраля 2003 г. Получено: 3 ноября 2008 г.
  5. ^ ab От сверхзвукового до зависания: как летает F-35 Автор: Крис Кьелгаард Старший редактор Опубликовано: 21 декабря 2007 г.
  6. ^ "F-35B Lightning II Трехопорное поворотное сопло | Магазин Code One".
  7. ↑ Видео Lockheed Martin без даты. [ постоянная нерабочая ссылка ‍ ] Получено в декабре 2009 г.
  8. ^ «Двигательная система для самолета с вертикальным и коротким взлетом и посадкой», патент США 5209428
  9. ^ Rolls-Royce LiftSystem (США), AERO-ENGINES - LIFTFAN Jane's Aero-Engines. Получено: 4 ноября 2008 г. [ нерабочая ссылка ‍ ]
  10. ^ "-as Allison starts JSF lift-fan tests" Flight International , 21 мая 1997 г. Получено: 19 сентября 2010 г. Архивировано 2 ноября 2012 г.
  11. ↑ Норрис, Гай. «GE и Rolls отказываются от альтернативного двигателя F136 JSF». Aviation Week , 2 декабря 2011 г.
  12. ^ Уорик, Грэм. «F-35B — приводной вал» Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine « Aviation Week & Space Technology » , 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  13. ^ Уорик, Грэм. «F-35B — поворотное сопло» Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine « Aviation Week & Space Technology» , 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  14. ^ Уорик, Грэм. «F-35B — Проблемы вертикального взлета и посадки» Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine « Aviation Week & Space Technology» , 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  15. ^ Уорик, Грэм. «F-35B — Подъемный вентилятор». Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine . Aviation Week & Space Technology , 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  16. ^ ab Lockheed Propulsion System Архивировано 20 июня 2010 г. на Wayback Machine VTOL.org . Получено: 19 сентября 2010 г.
  17. ^ Уорик, Грэм. «F-35B — Clutch» Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine « Aviation Week & Space Technology» , 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  18. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - Roll posts Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine " Aviation Week & Space Technology , 9 декабря 2011 г. Доступ: 10 апреля 2014 г.
  19. ^ Родословная STOVL дает Rolls-Royce ключевое технологическое преимущество. Архивировано 15 ноября 2008 г. в Wayback Machine Rolls-Royce: Defence Aerospace. Получено: 5 ноября 2008 г.
  20. ^ Going vertical – develop a short-start, vertical landing system. Архивировано 20 июля 2015 г. на Wayback Machine Ingenia Online (PDF) Август 2004 г. Получено: декабрь 2009 г. Исходный текст: http://www.ingenia.org.uk/ingenia/articles.aspx?Index=271 Архивировано 2 августа 2012 г. на archive.today
  21. ^ ab "Rolls-Royce's LiftSystem для Joint Strike Fighter" Архивировано 19 декабря 2013 г. на Wayback Machine Элли Золфагарифард, The Engineer 28 марта 2011 г.
  22. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - Двери 1 Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine Двери 2 Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine " Aviation Week & Space Technology , 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  23. ^ Золфагарифард, Элли. «Rolls-Royce's LiftSystem для Joint Strike Fighter» The Engineer (журнал UK) , 28 марта 2011 г. Архивировано 19 декабря 2013 г.]
  24. ^ «Система силовой установки подъемного вентилятора с приводом от вала для истребителя Joint Strike Fighter» П. Бевилаква, представленная на 53-м ежегодном форуме Американского вертолетного общества, Вирджиния-Бич, Вирджиния, 29 апреля – 1 мая 1997 г.
  25. ^ "Joint Strike Fighter official site - History page". Архивировано из оригинала 15 июля 2019 года . Получено 11 ноября 2008 года .
  26. ^ PBS: транскрипция Nova "X-planes"
  27. ↑ Пресс-релиз Lockheed Martin Архивировано 22 марта 2010 г. на Wayback Machine Дата обращения: 18 марта 2010 г.
  28. ↑ Победители Collier 2000–2007 гг. Архивировано 31 мая 2011 г. в Wayback Machine National Aeronautic Association. Получено: 10 ноября 2008 г.
На Викискладе есть медиафайлы по теме Rolls-Royce LiftSystem .
  • Pratt & Whitney F135 — основные этапы проекта
  • Rolls-Royce - LiftSystem
  • GovExec: двигатель, который мог бы
  • Мужчина с веером
  • Пол М. Бевилаква: Силовая установка с приводом от подъемного вентилятора на валу для истребителя Joint Strike Fighter DTIC.MIL Документ Word, 5,5 МБ. Дата: 1997.
  • Два подхода к достижению короткого взлета и вертикальной посадки Инженер-конструктор - Аэрокосмическая промышленность, 21 февраля 2013 г.
  • F-35B Lightning II Трехопорный поворотный сопло Код журнала One, 12 августа 2014 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Rolls-Royce_LiftSystem&oldid=1269360759"