stringtranslate.com

Rolls-Royce LiftSystem

Rolls -Royce LiftSystem вместе с двигателем F135 представляет собой авиационную двигательную установку, предназначенную для использования в варианте STOVL F-35 Lightning II . Полная система, известная как Двигательная установка с интегрированным подъемным вентилятором (ILFPS), была удостоена награды 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 заменит British Aerospace Harrier II и British Aerospace Sea Harrier, используемые Королевскими ВВС и Королевским флотом . [2] Самолет должен был обладать сверхзвуковой способностью, и для варианта STOVL требовалась подходящая система вертикальной подъемной силы , которая не ставила бы под угрозу эту способность. Этому требованию соответствовала система Rolls-Royce LiftSystem, разработанная в рамках контракта на разработку и демонстрацию системы (SDD) стоимостью 1,3 миллиарда долларов от Pratt & Whitney . [3] Это требование было выполнено 20 июля 2001 года. [4] [5]

Дизайн и развитие

Rolls-Royce LiftSystem

Вместо использования отдельных подъемных двигателей, как у Як-38 , или вращающихся сопел для перепуска воздуха двигателей, как у Harrier, в «LiftSystem» используется LiftFan с приводом от вала, разработанный Lockheed Martin и разработанный Rolls-Royce [3] . ] и сопло изменения вектора тяги для выхлопа двигателя, которое обеспечивает подъемную силу, а также может выдерживать температуры дожигания в обычном полете для достижения сверхзвуковых скоростей. [4] Подъемно-движительная система с трехопорным поворотным соплом канала (3BSD) больше всего напоминает планы истребителя Convair Model 200 Sea Control 1973 года, чем конструкции STOVL предыдущего поколения, 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 Управления совместной программы ударных истребителей Министерства обороны США . Пол Бевилаква , [7] главный инженер Lockheed Martin Advanced Development Projects ( Skunk Works ), изобрел двигательную установку подъемного вентилятора. [8] Идея подъемного вентилятора с приводом от вала возникла в середине 1950-х годов. [9] Подъемный вентилятор был продемонстрирован компанией Allison Engine Company в 1995–97 годах. [10]

Министерство обороны США (DOD) заключило с General Electric и Rolls-Royce контракт на сумму 2,1 миллиарда долларов на совместную разработку двигателя F136 в качестве альтернативы F135. 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]

Компания Rolls-Royce руководила общей программой развития и интеграции в Бристоле , Великобритания , а также отвечала за проекты турбомашин LiftFan, 3BSM и Roll Post. Компания Rolls-Royce в Индианаполисе предоставила коробку передач, сцепление, карданный вал и сопло, а также провела сборку и проверочные испытания LiftFan.

Операция

Схема компонентов LiftSystem и воздушного потока
Схема энергии турбореактивного двигателя прототипа LiftSystem
Схема самолета с механической подъемной силой

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

Трехопорный поворотный модуль (3BSM) представляет собой сопло изменения вектора тяги в задней части самолета, которое направляет выхлопные газы двигателя либо прямо насквозь с возможностью повторного нагрева для полета вперед, либо отклоняются вниз для обеспечения подъемной силы. [13]

При вертикальном полете мощность 29 000 л.с. [14] [15] [16] передается удлинительным валом вентилятора двигателя с помощью муфты [17] и конической коробки передач на подъемный вентилятор противоположного вращения, расположенный перед двигателем. Воздушный поток вентилятора (низкоскоростной ненагретый воздух) выходит через лопатки вектора тяги на нижней стороне самолета и уравновешивает подъемную силу от заднего сопла. Для обеспечения поперечной устойчивости и контроля крена перепускной воздух от двигателя используется в сопле стойки крена в каждом крыле. [18] Для управления углом наклона площади выхлопного сопла и впускного отверстия LiftFan варьируются, сохраняя при этом общую подъемную силу постоянной. Управление рысканьем достигается за счет поворота 3BSM. [16] Движение вперед и назад контролируется путем наклона 3BSM и лопастей в сопле лопастного короба с регулируемой площадью LiftFan. [5]

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

Для сравнения, максимальная тяга 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% 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 на большую величину. [ нужна цитата ]

Инженерные задачи

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

В LiftFan используются титановые блиски с полыми лопастями (лопастной диск или «блиск», полученный путем сверхпластической формовки лопастей и линейной сварки трением со ступицей блиска). [21] Для изготовления межступенчатых лопаток используются композиты с органической матрицей. LiftFan разрешен [22] для полета со скоростью до 250 узлов (130 м/с). Это состояние проявляется как боковой ветер к горизонтальному воздухозаборнику и возникает, когда самолет переходит от полета вперед к зависанию. [23]

В механизме сцепления используется углеродно-углеродная технология с сухими пластинами, первоначально заимствованная из авиационных тормозов. Трение используется только для включения подъемного вентилятора на низких оборотах двигателя. Перед выходом на полную мощность включается механическая блокировка. [24]

Коробка передач должна быть способна работать с перерывами в подаче масла продолжительностью до минуты, передавая полную мощность на LiftFan на угол 90 градусов. [ нужна цитата ]

Трехопорный поворотный модуль должен как поддерживать последнее горячее сопло вектора тяги, так и передавать его осевые нагрузки обратно на опоры двигателя. «Топливно-дравлические» приводы для 3BSM используют топливо под давлением 3500 фунтов силы на квадратный дюйм (24000 кПа; 250 кгс/см 2 ), а не гидравлическую жидкость, 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 летные испытания прошли два планера Lockheed: Lockheed X-35A (который позже был преобразован в X-35B) и X-35C с более крупным крылом [25] с вариантом STOVL. включая 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, 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 высоту 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 Пиблсе, штат Огайо, в июле 2008 года. 18 марта 2010 года F-35B, оснащенный STOVL, выполнил демонстрацию вертикального висения и посадки на военно-морской авиабазе Патаксент-Ривер в Лексингтоне. Парк, доктор медицины. [27]

Награда Кольер Трофи

В 2001 году двигательная система LiftSystem была награждена 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 что было полностью продемонстрировано реальным использованием в течение предыдущего года». [4]

Технические характеристики (LiftSystem)

Главный двигатель
Пратт и Уитни F135
Сухая тяга 17 600 фунтов силы (78 кН)

Компоненты : [3]

ЛифтВентилятор
Двухступенчатый полый титановый блиск противоположного вращения диаметром 50 дюймов (1,3 м). Самый верхний вентилятор оснащен регулируемыми входными направляющими лопатками. Способен создавать холодную тягу более 20 000 фунтов силы (89 кН) [21].
Трехопорный поворотный модуль
Способен поворачиваться на 95 градусов за 2,5 секунды и создавать сухую тягу 18 000 фунтов силы (80 кН) в подъемном режиме, с возможностью повторного нагрева в нормальном горизонтальном положении.
Прокручивать посты
Два: с гидравлическим приводом

Галерея

Смотрите также

Связанные списки

Рекомендации

  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. ^ веб-сайт abcdef LiftSystem Rolls-Royce. Получено: июль 2017 г.
  4. ^ Двигательная система abcd в истребителе Lockheed Martin Joint Strike Fighter выигрывает Collier Trophy. Архивировано 25 мая 2011 года в Wayback Machine . Пресс-релиз Lockheed Martin, 28 февраля 2003 г. Дата обращения: 3 ноября 2008 г.
  5. ^ ab От сверхзвука к парению: как летает F-35 Крис Кьельгаард, старший редактор, опубликовано: 21 декабря 2007 г.
  6. ^ "Поворотное сопло с тремя подшипниками F-35B Lightning II | Журнал Code One" .
  7. ^ Недатированное видео Lockheed Martin. [ постоянная мертвая ссылка ] Проверено в декабре 2009 г.
  8. ^ «Двигательная система для самолетов вертикального и короткого взлета и посадки», Патент США 5209428.
  9. ^ Rolls-Royce LiftSystem (США), АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ - LIFTFAN Авиационные двигатели Джейн. Проверено: 4 ноября 2008 г. [ неработающая ссылка ]
  10. ^ «-когда Эллисон начинает испытания подъемного вентилятора JSF» Flight International , 21 мая 1997 г. Дата обращения: 19 сентября 2010 г. Архивировано 2 ноября 2012 г.
  11. ^ Норрис, Гай. «GE и Rolls отказываются от альтернативного двигателя F136 JSF». Неделя авиации , 2 декабря 2011 г.
  12. ^ Уорик, Грэм. «F-35B - Карданный вал. Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine » Aviation Week & Space Technology , 9 декабря 2011 г. Доступ: 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. Доступ: 10 апреля 2014 г.
  14. ^ Уорик, Грэм. «F-35B — Проблемы STOVL. Архивировано 13 апреля 2014 г. в Wayback Machine » Aviation Week & Space Technology , 9 декабря 2011 г. Доступ: 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. Доступ: 10 апреля 2014 г.
  16. ^ Ab Двигательная система Lockheed. Архивировано 20 июня 2010 года на Wayback Machine VTOL.org . Проверено: 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. Доступ: 10 апреля 2014 г.
  18. ^ Уорик, Грэм. «F-35B — Roll Posts. Архивировано 13 апреля 2014 г. на сайте Wayback Machine » Aviation Week & Space Technology , 9 декабря 2011 г. Доступ: 10 апреля 2014 г.
  19. ^ История STOVL дает Rolls-Royce ключевое технологическое преимущество. Архивировано 15 ноября 2008 года в Wayback Machine Rolls-Royce: Defense Aerospace. Проверено: 5 ноября 2008 г.
  20. ^ Вертикальное движение - разработка системы короткого взлета и вертикальной посадки. Архивировано 20 июля 2015 г. в Wayback Machine Ingenia Online (PDF), август 2004 г. Проверено: декабрь 2009 г. Необработанный текст: http://www.ingenia.org.uk/ingenia/articles.aspx?Index=271 Архивировано 2 августа 2012 г. архив.сегодня
  21. ^ ab «Подъемная система Rolls-Royce для совместного ударного истребителя», Элли Зольфагарифард, инженер , 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. Доступ: 10 апреля 2014 г.
  23. ^ Зольфагарифард, Элли. «Rolls-Royce’s LiftSystem для Joint Strike Fighter» The Engineer (британский журнал) , 28 марта 2011 г. Архивировано 19 декабря 2013 г.]
  24. ^ «Приводная система подъемного вентилятора с приводом от вала для совместного ударного истребителя» П. Бевилаква, представлено 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 Nova "X-planes"
  27. ↑ Пресс-релиз Lockheed Martin. Архивировано 22 марта 2010 г. на Wayback Machine . Проверено: 18 марта 2010 г.
  28. ^ Победители Collier 2000–2007. Архивировано 31 мая 2011 года в Национальной авиационной ассоциации Wayback Machine . Проверено: 10 ноября 2008 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме Rolls-Royce LiftSystem .