Rolls-Royce LiftSystem - Rolls-Royce LiftSystem

LiftSystem
Двигатель Ф-35.jpg
Rolls-Royce LiftSystem в сочетании с F135 турбовентилятор на Парижское авиашоу в 2007
ТипSTOVL подъемная система
ПроизводительRolls-Royce plc
Основные приложенияF-35 Lightning II

В Rolls-Royce LiftSystemвместе с Двигатель F135, является двигательная установка самолета система предназначена для использования в STOVL вариант F-35 Lightning II. Полная система, известная как интегрированная силовая установка с подъемным вентилятором (ILFPS), была удостоена награды Кольер Трофи в 2001.[1]

Требование

Вариант F-35B STOVL самолета Joint Strike Fighter (JSF) предназначался для замены McDonnell Douglas AV-8B Harrier II и Макдоннелл Дуглас F / A-18 Hornet используется Корпус морской пехоты США. Это также заменило бы Британский аэрокосмический Харриер II и Британский аэрокосмический морской лунь использован королевские воздушные силы и Королевский флот.[2] Самолет должен был иметь сверхзвуковой возможности и подходящие вертикальный подъемник Система, которая не ставила бы под угрозу эту возможность, была необходима для варианта STOVL. Это требование было выполнено Rolls-Royce LiftSystem, разработанная $ 1,3 миллиарда контрактов на разработку и демонстрацию системы (SDD) от Пратт и Уитни.[3] Это требование было выполнено 20 июля 2001 г.[4][5]

Дизайн и развитие

Rolls-Royce LiftSystem

Вместо использования отдельных подъемных двигателей, таких как Яковлев Як-38, или вращающиеся форсунки для перепускного воздуха двигателя, такие как Harrier, LiftSystem имеет LiftFan с приводом от вала, разработанный Локхид Мартин и разработан Rolls-Royce,[3] и вектор тяги сопло для выхлопа двигателя, которое обеспечивает подъемную силу, а также может выдерживать температуру дожигания в обычном полете для достижения сверхзвуковой скорости.[4] Подъемно-двигательная установка с трехопорным поворотным соплом (3BSD) наиболее похожа на планы для Convair Модель 200 Истребитель Sea Control 1973 года, чем предыдущее поколение конструкций STOVL, к которым принадлежит Harrier.[6]

В команду, ответственную за разработку двигательной установки, входили Lockheed Martin, Northrop Grumman, BAE Systems, Pratt & Whitney и Rolls-Royce под руководством Соединенные Штаты Министерство обороны Программа Joint Strike Fighter Офис. Пол Бевилаква,[7] Главный инженер Lockheed Martin Advanced Development Projects (Скунс Работает ), изобрел двигательную установку подъемного вентилятора.[8] Идея лифтового вентилятора с приводом от вала восходит к середине 1950-х годов.[9] Лифтовой вентилятор продемонстрировал Компания Allison Engine в 1995-97 гг.[10]

Министерство обороны США наградило General Electric и Rolls-Royce - контракт на 2,1 миллиарда долларов на совместную разработку F136 двигатель как альтернатива F-135. LiftSystem была разработана для использования с любым двигателем.[3] После прекращения государственного финансирования GE и Rolls-Royce прекратили дальнейшую разработку двигателя в 2011 году.[11]

Rolls-Royce руководила общей программой разработки и интеграции в Бристоль, Великобритания, а также отвечал за конструкции турбомашин LiftFan, 3BSM и Roll Post. Rolls-Royce в Индианаполис предоставила коробку передач, сцепление, карданный вал и форсунку, а также провела сборку и контрольные испытания LiftFan.

Операция

Схема компонентов LiftSystem и воздушного потока
Схема турбореактивный энергия для прототипа LiftSystem
Схема лифт с приводом самолет

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

  • ЛифтВентилятор
  • Двигатель к карданному валу вентилятора [12]
  • Трехопорный поворотный модуль (3БСМ)
  • Рулонные столбы (два)

Трехопорный поворотный модуль (3BSM) представляет собой сопло с вектором тяги в задней части самолета, которое направляет выхлопные газы двигателя либо прямо через него с возможностью повторного нагрева для прямого полета, либо отклоняясь вниз для обеспечения подъемной силы.[13]

Для вертикального полёта 29000 л.с.[14][15][16] передается удлинительным валом на вентилятор двигателя с помощью муфты[17] и коническая коробка передач к противоположное вращение Лифт-вентилятор, расположенный перед двигателем. Воздушный поток вентилятора (низкоскоростной ненагретый воздух) выходит через лопасти вектора тяги на нижней стороне самолета и уравновешивает подъемную силу от заднего сопла. Для боковой устойчивости и контроль крена, обход Воздух от двигателя используется в соплах стоек безопасности в каждом крыле.[18] За управление по каналу тангажа, площади выпускного сопла и впускного отверстия LiftFan меняются, при этом общая подъемная сила остается постоянной. Контроль рыскания достигается за счет рыскания 3BSM.[16] Движение вперед и назад регулируется путем наклона 3BSM и лопаток в сопле лопаточного блока с регулируемой площадью LiftFan.[5]

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

3БСМ (сухая тяга)ЛифтВентиляторСтойки рулонные (комбинированные)Общий
18000 фунтов-силы (80 кН)20000 фунтов-силы (89 кН)3900 фунтов-силы (17 кН)41900 фунтов-силы (186 кН)

Для сравнения: максимальная тяга Роллс-Ройс Пегас 11-61 / F402-RR-408, самая мощная версия, которая используется в АВ-8Б, составляет 23 800 фунтов силы (106 кН).[19] Вес АВ-8Б составляет около 46% от веса F-35B.

Как и подъемные двигатели, добавленные компоненты LiftSystem несут собственный вес во время полета, но преимущество использования LiftSystem заключается в том, что ее большая подъемная тяга увеличивает взлетную полезную нагрузку еще в большей степени.[нужна цитата ]

Инженерные задачи

При разработке LiftSystem пришлось преодолеть многие инженерные трудности и использовать новые технологии.[20]

LiftFan изготовлен из титана с полыми лезвиями. блиски (лопаточный диск или «блиск», полученный сверхпластической формовкой лопастей и линейным сварка трением к концентратору блиска).[21] В качестве межкаскадных лопаток используются композиты с органической матрицей. LiftFan очищен[22] для полета со скоростью до 250 узлов (130 м / с). Это состояние проявляется в виде бокового ветра к горизонтальному воздухозаборнику и возникает при переходе самолета из режима прямого полета в режим зависания.[23]

В механизме сцепления используется углерод-углеродная технология с сухими пластинами, изначально заимствованная из авиационных тормозов. Трение используется только для включения подъемного вентилятора на низких оборотах двигателя. Перед повышением до полной мощности включается механическая блокировка.[24]

Коробка передач должна работать с перебоями в подаче масла на срок до минуты, передавая полную мощность под углом 90 градусов на LiftFan.[нужна цитата ]

Поворотный модуль с тремя подшипниками должен как поддерживать окончательное горячее сопло управления вектором тяги, так и передавать его тяговые нагрузки обратно на опоры двигателя. «Топливные гидравлические» приводы для 3BSM используют топливо под давлением 3500 фунт-сила / дюйм.2вместо гидравлической жидкости, чтобы уменьшить вес и сложность. Один привод перемещается вместе с поворотным соплом на 95 градусов, подвергаясь сильному нагреву и вибрации.[нужна цитата ]

Тестирование

Во время определения концепции Joint Strike Fighter прошли летные испытания два планера Lockheed: Lockheed X-35A (который позже был преобразован в X-35B) и более крупнокрылый X-35C,[25] с вариантом STOVL, включающим модуль Rolls-Royce LiftFan.

Летные испытания LiftSystem начались в июне 2001 года, и 20 июля того же года X-35B стал первым самолетом в истории, совершившим 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 на расстояние менее 500 футов (150 м), перешел на сверхзвуковой полет, а затем приземлился вертикально.[26]

Наземные испытания комбинации F136 / LiftSystem были проведены на заводе General Electric в г. Пиблз, Огайо в июле 2008 г. 18 марта 2010 г. F-35B, оборудованный системой STOVL, выполнил демонстрацию вертикального зависания и приземления на военно-морской авиабазе Патаксент-Ривер в Лексингтон-парке, штат Мэриленд.[27]

Награда Collier Trophy

В 2001 году силовая установка LiftSystem была удостоена награды Кольер Трофи,[28] в знак признания «величайшего достижения в области воздухоплавания или космонавтики в Америке», особенно за «улучшение характеристик, эффективности и безопасности воздушных или космических аппаратов, ценность которых была полностью продемонстрирована фактическим использованием в течение предыдущего года».[4]

Технические характеристики (LiftSystem)

Главный двигатель
Пратт и Уитни F135
17600 фунтов силы (78 кН) сухая тяга

Составные части:[3]

ЛифтВентилятор
Двухступенчатый полый титан встречного вращения блиск вентилятор диаметром 50 дюймов (1,3 м). Самый верхний вентилятор с регулируемыми направляющими лопатками на входе. Способен создавать холодную тягу силой более 20000 фунтов силы (89 кН)[21]
Трехопорный поворотный модуль
Способен поворачиваться на 95 градусов за 2,5 секунды и направлять сухую тягу 18 000 фунтов силы (80 кН) в режиме подъема, с возможностью повторного нагрева в нормальном горизонтальном положении
Рулонные столбы
Два: с гидравлическим приводом

Галерея

  • Демонстрация полета X-35 / LiftSystem, перехода в конфигурацию VTOL, зависания, взлета в конфигурации STOVL, дозаправки в полете, вертикального зависания и посадки.

  • Демонстрация вертикальной посадки, демонстрирующая работу 3BSM.

  • Сборка турбины и вентилятора лифта на выставке в Национальном музее авиации и космонавтики, Центр Стивена Ф. Удвар-Хейзи

Смотрите также

Связанные списки

Рекомендации

  1. ^ http://naa.aero/userfiles/files/documents/Press%20Releases/Collier%202001%20PR.pdf
  2. ^ https://archive.org/details/DTIC_ADA395506/page/n5/mode/2up?q=joint+strike+fighter, стр.4
  3. ^ а б c d е ж LiftSystem Сайт Rolls-Royce. Дата обращения: июль 2017 г.
  4. ^ а б c d Силовая установка Lockheed Martin Joint Strike Fighter получила награду Collier Trophy В архиве 25 мая 2011 г. Wayback Machine. Пресс-релиз Lockheed Martin, 28 февраля 2003 г. Дата обращения: 3 ноября 2008 г.
  5. ^ а б От сверхзвукового к парящему: как летает F-35 Крис Кьелгаард, старший редактор, опубликовано: 21 декабря 2007 г.
  6. ^ http://www.codeonemagazine.com/article.html?item_id=137
  7. ^ Недатированное видео Lockheed Martin.[постоянная мертвая ссылка ] Проверено декабрь 2009 г.
  8. ^ «Силовая установка для самолета вертикального и укороченного взлета и посадки», Патент США 5209428
  9. ^ Rolls-Royce LiftSystem (США), АЭРО-ДВИГАТЕЛИ - LIFTFAN Авиадвигатели Джейн. Дата обращения: 4 ноября 2008 г.[мертвая ссылка ]
  10. ^ "- поскольку Эллисон начинает испытания подъемных вентиляторов JSF " Международный рейс, 21 мая 1997. Дата обращения: 19 сентября 2010. В архиве 2 ноября 2012 г.
  11. ^ Норрис, Гай. «GE, Rolls отказывается от альтернативного двигателя F136 JSF». Авиационная неделя, 2 декабря 2011 г.
  12. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - Карданный вал В архиве 13 апреля 2014 г. Wayback Machine " Авиационная неделя и космические технологии, 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  13. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - Поворотное сопло В архиве 13 апреля 2014 г. Wayback Machine " Авиационная неделя и космические технологии, 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  14. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - вызовы STOVL В архиве 13 апреля 2014 г. Wayback Machine " Авиационная неделя и космические технологии, 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  15. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - Лифтовой вентилятор В архиве 13 апреля 2014 г. Wayback Machine " Авиационная неделя и космические технологии, 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  16. ^ а б Двигательная установка Lockheed В архиве 20 июня 2010 г. Wayback Machine VTOL.org. Дата обращения: 19 сентября 2010.
  17. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - Сцепление В архиве 13 апреля 2014 г. Wayback Machine " Авиационная неделя и космические технологии, 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  18. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - Стойки рулонные В архиве 13 апреля 2014 г. Wayback Machine " Авиационная неделя и космические технологии, 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  19. ^ Родословная STOVL дает Rolls-Royce ключевое технологическое преимущество. В архиве 15 ноября 2008 г. Wayback Machine Rolls-Royce: Defense Aerospace. Дата обращения: 5 ноября 2008 г.
  20. ^ Вертикальное движение - разработка системы короткого взлета и вертикальной посадки. В архиве 20 июля 2015 г. Wayback Machine Ingenia Online (PDF), август 2004 г. Дата обращения: декабрь 2009 г. Исходный текст: http://www.ingenia.org.uk/ingenia/articles.aspx?Index=271 В архиве 2 августа 2012 в Archive.today
  21. ^ а б «Подъемная система Rolls-Royce для истребителя Joint Strike Fighter» Элли Золфагарифард, Инженер 28 марта 2011 г.
  22. ^ Уорик, Грэм. "F-35B - Двери 1 В архиве 13 апреля 2014 г. Wayback Machine Двери 2 В архиве 13 апреля 2014 г. Wayback Machine " Авиационная неделя и космические технологии, 9 декабря 2011 г. Дата обращения: 10 апреля 2014 г.
  23. ^ Золфагарифард, Элли. "Подъемная система Rolls-Royce для Joint Strike Fighter " Инженер (британский журнал), 28 марта 2011 г. В архиве 19 декабря 2013 г.]
  24. ^ "Силовая установка с приводом от вала подъемного вентилятора для ударного истребителя" П. Бевилаква, представленная на 53-м ежегодном форуме Американского вертолетного общества, Вирджиния-Бич, Вирджиния, 29 апреля - 1 мая 1997 г.
  25. ^ Официальный сайт Joint Strike Fighter - страница истории
  26. ^ PBS: Стенограмма Новы "Самолеты Икс"
  27. ^ Пресс-релиз Lockheed Martin В архиве 22 марта 2010 г. Wayback Machine Дата обращения: 18 марта 2010 г.
  28. ^ Collier 2000–2007 Победители В архиве 31 мая 2011 г. Wayback Machine Национальная ассоциация воздухоплавателей. Дата обращения: 10 ноября 2008 г.

внешняя ссылка