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]
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]
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 (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.
Rolls-Royce LiftSystem состоит из четырех основных компонентов: [3]
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]
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% 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 ]
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 ]
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]
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]
Компоненты : [3]
