F135發(fā)動(dòng)機(jī)是普惠公司為F-35戰(zhàn)斗機(jī)研制的推進(jìn)系統(tǒng)，其主推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)是由F119改進(jìn)的雙轉(zhuǎn)子加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，加力推力超過18噸，推重比超過10。該發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣口、風(fēng)扇（低壓壓氣機(jī)）、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、加力燃燒室等構(gòu)成。
1993年，美國(guó)國(guó)防部進(jìn)行了聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目論證，在國(guó)會(huì)的支持下，項(xiàng)目發(fā)展迅速，同年12月，根據(jù)美國(guó)防部的要求，波音公司和洛克希德·馬丁公司分別組織團(tuán)隊(duì)參與項(xiàng)目的競(jìng)標(biāo)。2001年10月26日，洛克希德·馬丁公司競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)的X-35贏得該項(xiàng)目，同時(shí)多用途五代機(jī)改稱為F-35戰(zhàn)斗機(jī)聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)。由于驗(yàn)證機(jī)采用了以F119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)的改進(jìn)型號(hào)，動(dòng)力系統(tǒng)沿用原來的發(fā)展思路，這就是F135渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目的開端。F135發(fā)動(dòng)機(jī)于2002年5月成功地通過了初步設(shè)計(jì)評(píng)審，2003年5月成功地通過了關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審，9月，第1臺(tái)F135生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)組裝工作完成。11月8日，PW公司第1臺(tái)F135 FX631生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)首次進(jìn)行加力試驗(yàn)。2008年11月25日，普惠公司F135渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)成功完成首次超聲速飛行，此后常規(guī)起落型F135-PW-100于2010年年初正式定型，獲得服役許可。2018年4月，普惠公司宣布完成了F135項(xiàng)目的型號(hào)開發(fā)與飛行驗(yàn)證試驗(yàn)工作。2021年10日，美國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商普拉特?惠特尼公司宣布，世界上推力最大的F135渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)將增加推力。
美國(guó)聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)在立項(xiàng)之初便要求在同一個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)上滿足3個(gè)不同軍種的使用要求，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)有3個(gè)不同的型號(hào)，F(xiàn)135-PW-100為F-35A空軍型的動(dòng)力裝置；F135-PW-400為F-35C海軍艦載型的動(dòng)力裝置；而由羅羅公司提供升力系統(tǒng)（LiftSystem）的F135-PW-600為F-35B海軍陸戰(zhàn)隊(duì)短距起飛/垂直降落型的動(dòng)力裝置。
研發(fā)歷程
1993年，美國(guó)國(guó)防部進(jìn)行了聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目論證，在國(guó)會(huì)的支持下，項(xiàng)目發(fā)展迅速，同年12月，根據(jù)美國(guó)防部的要求，波音公司和洛克希德·馬丁公司分別組織一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)參與聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目的競(jìng)標(biāo)。在聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目進(jìn)入驗(yàn)證機(jī)對(duì)比試飛階段，可以滿足戰(zhàn)斗機(jī)性能要求的發(fā)動(dòng)機(jī)就是普惠公司研制的F119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)，由于兩家競(jìng)爭(zhēng)公司對(duì)飛機(jī)的要求不同，從而要求普惠公司研制2種略有不同的F-119改進(jìn)型以滿足每個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者各自的需要。波音型F119發(fā)動(dòng)機(jī)的代號(hào)是JSF/119-SE614，洛克希德·馬丁型的代號(hào)是JSF/F119-SE611。
2001年10月26日，聯(lián)合作戰(zhàn)飛機(jī)的競(jìng)標(biāo)結(jié)果揭曉，洛克希德·馬丁競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)的X-35擊敗波音公司競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)的X-32，成為新一代美國(guó)海、空軍和陸戰(zhàn)隊(duì)的通用多用途五代機(jī)，并改稱為F-35聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)。由于驗(yàn)證機(jī)采用了以F119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)的改進(jìn)型號(hào)，動(dòng)力系統(tǒng)沿用原來的發(fā)展思路，這就是F135發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目的開端。
F135發(fā)動(dòng)機(jī)于2002年5月成功地通過了初步設(shè)計(jì)評(píng)審，2003年5月成功地通過了關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審。2003年9月，第1臺(tái)F135生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)組裝工作完成。2003年10月，F(xiàn)135 CTOL型發(fā)動(dòng)機(jī)(FX631發(fā)動(dòng)機(jī))開始進(jìn)行地面試驗(yàn)，檢查了發(fā)動(dòng)機(jī)是否有液體泄漏、從地面慢車到空中慢車間的油門特性。2003年11月8日，PW公司第1臺(tái)F135 FX631生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)首次進(jìn)行加力試驗(yàn)。
2008年11月25日，普惠公司F135發(fā)動(dòng)機(jī)成功完成首次超聲速飛行，飛行的最高速度達(dá)馬赫1.05。截止到2007年底，F(xiàn)135推進(jìn)系統(tǒng)完成了3600小時(shí)的方案驗(yàn)證試驗(yàn)、8500小時(shí)的系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)，垂直起飛推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)了4300小時(shí)和19次飛行試驗(yàn)。此后常規(guī)起落型F135-PW-100于2010年年初正式定型，獲得服役許可。
2018年4月，普惠公司宣布完成了F135項(xiàng)目的型號(hào)開發(fā)與飛行驗(yàn)證試驗(yàn)工作。
2021年10日，美國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商普拉特?惠特尼公司宣布，世界上推力最大的F135渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)將增加推力。這款增加推力的F135發(fā)動(dòng)機(jī)，如果順利裝備F-35戰(zhàn)斗機(jī)，將會(huì)提高F-35的高速性能，在經(jīng)過修形改進(jìn)后，F(xiàn)-35很可能實(shí)現(xiàn)超音速巡航。
工作原理
F135-PW-600發(fā)動(dòng)機(jī)采用軸驅(qū)動(dòng)的前置升力風(fēng)扇和帶三軸承旋轉(zhuǎn)（3BSM）噴管及滾轉(zhuǎn)噴管的主發(fā)動(dòng)機(jī)組成，與常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)相比，短垂推進(jìn)系統(tǒng)新增升力風(fēng)扇系統(tǒng)（由進(jìn)氣道、雙級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)風(fēng)扇和盒式噴管等組成）、傳動(dòng)離合系統(tǒng)（由驅(qū)動(dòng)軸、離合器等組成）、三軸承旋轉(zhuǎn)噴管、滾轉(zhuǎn)噴管等升力部件/系統(tǒng)。在短距/垂直起降工作模態(tài)時(shí)，升力風(fēng)扇進(jìn)排氣門、主發(fā)動(dòng)機(jī)輔助進(jìn)氣門、滾轉(zhuǎn)噴管排氣門、主噴管艙門等短垂功能門打開，升力風(fēng)扇噴管、滾轉(zhuǎn)噴管以及主噴管向下排氣。常規(guī)工作模態(tài)（巡航等）下，低壓軸驅(qū)動(dòng)的升力風(fēng)扇斷開，滾轉(zhuǎn)噴管關(guān)閉，短垂推進(jìn)系統(tǒng)與常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)工作一致。常規(guī)模式向短距/垂直起降模式轉(zhuǎn)換的過程，即為小涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)向大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換的過程，可提高推進(jìn)效率，從而使得推進(jìn)系統(tǒng)總效率得以提升。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣口、風(fēng)扇（低壓壓氣機(jī)）、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、加力燃燒室等構(gòu)成。
進(jìn)氣口
進(jìn)氣口直徑為1.168m，包含21個(gè)靜子導(dǎo)葉，導(dǎo)葉后緣與機(jī)匣接并兼作低壓軸的前支點(diǎn)。
風(fēng)扇（低壓壓氣機(jī)）
風(fēng)扇包括3組整體葉盤轉(zhuǎn)子，在F119發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的基礎(chǔ)上提高了空氣流量及壓比。第一級(jí)風(fēng)扇靜子由復(fù)合材料制成，后兩級(jí)靜子為鈦合金。
高壓壓氣機(jī)
高壓壓氣機(jī)共6級(jí)，全部轉(zhuǎn)/靜子均為整體結(jié)構(gòu)。前兩級(jí)轉(zhuǎn)子為考慮損傷容限設(shè)計(jì)的鈦合金結(jié)構(gòu)，后4級(jí)轉(zhuǎn)子為高強(qiáng)度基合金。前兩級(jí)靜子為可調(diào)葉片，后幾級(jí)靜子為鑄造鎳基合金。高壓壓氣機(jī)空氣流量為129.6kg/s。
燃燒室
燃燒室由F119發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室改進(jìn)而來，F(xiàn)119發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室具有三維高紊流度、高旋流結(jié)構(gòu)，采用了高燃油空氣比燃燒室技術(shù)，在提供小的分布因子和所要求的徑向剖面的同時(shí)，滿足了效率目標(biāo)。燃燒室外機(jī)匣長(zhǎng)度和直徑均為0.762m，可以承受溫度為920K，壓強(qiáng)為4150kPa的高溫氣體壓力。燃燒室直徑為0.51m，長(zhǎng)度為0.23m。浮壁式燃燒室通過襯片引入沖擊制冷以及薄膜冷卻。襯片為鎳基材料，表面鍍陶瓷并留有近千個(gè)氣膜孔。
高壓渦輪
高壓渦輪直徑為0.914m，轉(zhuǎn)速超過15000r/min，功率為47725kW。高壓渦輪的冷卻氣流在F119技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了一倍。
低壓渦輪
兩級(jí)低壓渦輪與高壓渦輪反向?qū)D(zhuǎn)，工作溫度約1360K。加力燃燒室包括收斂-擴(kuò)散噴管以及15個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的鉸接魚鱗片。加力燃燒室氣壓為621kPa，溫度為2200K。
加力燃燒室
包括收斂-擴(kuò)散噴管以及15個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的鉸接魚鱗片。加力燃燒室氣壓為621kPa，溫度為2200K。
F135-PW-400型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與F135-PW-100型發(fā)動(dòng)機(jī)接近，但包含了更多抗鹽霧腐蝕的材料。短距起飛/垂直降落F135-PW-600型發(fā)動(dòng)機(jī)則加裝了羅羅公司的升力系統(tǒng)。升力系統(tǒng)主要包括由F135發(fā)動(dòng)機(jī)低壓軸驅(qū)動(dòng)的前置升力風(fēng)扇、安裝在主發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)面的滾轉(zhuǎn)控制噴管以及機(jī)尾的全向向量噴管3個(gè)部件。
F135-PW-600發(fā)動(dòng)機(jī)由以下幾個(gè)部分組成：主體發(fā)動(dòng)機(jī)部分、左右各一個(gè)調(diào)姿噴管（噴氣來自發(fā)動(dòng)機(jī)）、傳動(dòng)軸、離合器、以及升力風(fēng)扇。
技術(shù)特點(diǎn)
F135發(fā)動(dòng)機(jī)繼承了F119發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)，包含風(fēng)扇、核心機(jī)等6個(gè)單元體，安裝6級(jí)高壓壓氣機(jī)、1級(jí)高壓渦輪、1個(gè)2級(jí)的低壓渦輪風(fēng)扇，擁有高效的氣動(dòng)性能。F135發(fā)動(dòng)機(jī)的其他高新技術(shù)也非常密集，比如BAE系統(tǒng)公司的全權(quán)數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（FADEC）、三軸承旋轉(zhuǎn)噴管、滾轉(zhuǎn)控制噴管，等等。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和可保障性，F(xiàn)135大量采用外場(chǎng)可替換部件（LRC），其零部件數(shù)量比原來的F119發(fā)動(dòng)機(jī)減少了大約40%。美國(guó)對(duì)外出售的F-35A空軍型使用F135-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)，它是世界上第二個(gè)推重比大于10的戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，也是人類航空史上推力最大的軍用加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
F135發(fā)動(dòng)機(jī)采用與F119發(fā)動(dòng)機(jī)基本相同的核心機(jī)。為提高推力，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量和涵道比，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度；為了獲得短距起飛和垂直著陸能力，垂直起降型增加了新穎的升力風(fēng)扇、三軸承旋轉(zhuǎn)噴管、滾轉(zhuǎn)控制噴管。其3級(jí)風(fēng)扇采用超中等展弦比、前掠葉片、線性摩擦焊的整體葉盤和失諧技術(shù)，在保持原風(fēng)扇的高級(jí)壓比、高效率、大喘振裕度和輕質(zhì)量的同時(shí)，將風(fēng)扇的截面面積增加了10%-20%。6級(jí)壓氣機(jī)與F119發(fā)動(dòng)機(jī)的基本相同。
F135發(fā)動(dòng)機(jī)推比10.5、加力推力19噸級(jí)別、最大推力(無加力)13噸級(jí)別、質(zhì)量1700千克，其19噸的加力推力目前沒有任何實(shí)際裝備戰(zhàn)斗機(jī)的加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)能夠企及。F135相對(duì)于F119雖然推力大幅度提高，實(shí)際上是在同樣核心機(jī)基礎(chǔ)上，用流量、高速性能換推力。
基本分類
F135-PW-100采用常規(guī)推進(jìn)方式，用于F-35A常規(guī)起降型戰(zhàn)斗機(jī)，F(xiàn)135-PW-400采用常規(guī)推進(jìn)方式，用于F-35C艦載型戰(zhàn)斗機(jī)。F135-PW-600 采用升力推進(jìn)系統(tǒng)，包括升力風(fēng)扇、傳動(dòng)離合系統(tǒng)、滾轉(zhuǎn)噴管和三軸承轉(zhuǎn)向的尾噴管，用于 美國(guó)F35B聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī) 短距起飛/垂直降落戰(zhàn)斗機(jī)。
基本參數(shù)
參考資料
應(yīng)用領(lǐng)域
F135發(fā)動(dòng)機(jī)有三個(gè)不同的型號(hào)，分別裝配到新一代美國(guó)海軍、空軍和陸戰(zhàn)隊(duì)的通用多用途五代機(jī)F-35聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)上，作為常規(guī)起降的F-35A空軍型、F-35C海軍艦載型以及F-35B海軍陸戰(zhàn)隊(duì)短距起飛/垂直降落型的動(dòng)力系統(tǒng)。
發(fā)展趨勢(shì)
作為一款大推力發(fā)動(dòng)機(jī)，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)除裝配F-35戰(zhàn)斗機(jī)以外，在其他飛機(jī)平臺(tái)上拓展的可能性也非常大。“美國(guó)在對(duì)一款發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)升級(jí)的同時(shí)，會(huì)瞄準(zhǔn)未來一代飛機(jī)的通用用途，具有廣泛的適應(yīng)性，其升級(jí)改造可能適用于一個(gè)作戰(zhàn)單元或一組飛機(jī)，而不僅僅是一架飛機(jī)或單一機(jī)型。因而，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)裝備到下一代有人機(jī)或無人機(jī)均有可能。
參考資料 >
推力最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)增加推力，它是如何做到的?.騰訊網(wǎng).2024-02-21
F-35的心臟:史上最大推力發(fā)動(dòng)機(jī)F135.網(wǎng)易.2024-02-21
技術(shù)派|F35B傳動(dòng)系統(tǒng)有多強(qiáng)?一根主軸載驅(qū)逐艦級(jí)別功率.澎湃新聞.2024-02-21
F35發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)無需保密?美有能力更早造出下代產(chǎn)品.新浪網(wǎng).2024-02-21
22噸!美F135發(fā)動(dòng)機(jī)將測(cè)試新型號(hào) 最強(qiáng)推力再升級(jí).環(huán)球網(wǎng).2024-02-21