Пратт и Уитни F119
F119 | |
---|---|
Двигатель F119 на испытаниях | |
Тип | ТРДД |
Национальное происхождение | Соединенные Штаты |
Производитель | Пратт и Уитни |
Основные приложения | Локхид Мартин F-22 Раптор |
Количество построенных | 507 |
Развитый в | Пратт и Уитни F135 |
Pratt & Whitney F119 , обозначение компании PW5000 , представляет собой форсажный турбовентиляторный двигатель, разработанный Pratt & Whitney для программы Advanced Tactical Fighter (ATF), в результате которой был создан Lockheed Martin F-22 Raptor . Двигатель обеспечивает тягу класса 35 000 фунтов силы (156 кН) и был разработан для продолжительного сверхзвукового полета без форсажных камер или суперкрейсерского режима . Обладая почти на 22% большей тягой и на 40% меньшим количеством деталей, чем его предшественник F100 , F119 позволяет F-22 достигать сверхкрейсерской скорости до 1,8 Маха. [ 1 ] [ 2 ] Сопла F119 имеют систему управления вектором тяги , которая позволяет им направлять тягу двигателя на ±20° по оси тангажа , что обеспечивает повышенную маневренность F-22.
F119 также является основой Joint Strike Fighter силовой установки (JSF), варианты которой используются как на демонстраторах концептов Boeing X-32 , так и на Lockheed Martin X-35 . X-35 выиграл конкурс JSF, а серийный Lockheed Martin F-35 Lightning II оснащен модификацией F119, Pratt & Whitney F135 , которая развивает тягу до 43 000 фунтов силы (191 кН). [ 3 ]
История
[ редактировать ]ВВС F119 стал результатом программы Joint Advanced Fighter Engine (JAFE) в начале 1980-х годов, направленной на поставку силовой установки для усовершенствованного тактического истребителя (ATF). Детальное проектирование заявки Pratt & Whitney, обозначенной внутри компании как PW5000, началось, когда в мае 1983 года был опубликован запрос предложений (RFP) для JAFE, позже переименованный в программу ATF Engine (ATFE). [ 4 ] Достижения в области технологий двигателей, такие как программы усовершенствованного газогенератора турбинных двигателей (ATEGG) и программы демонстрации совместных технологий (JTDE), позволили конструкции выполнять больше работы с меньшим количеством ступеней, при этом компрессор PW5000 имел только 6 ступеней по сравнению с компрессором PW5000. 10 ступеней компрессора F100 . высокого и низкого давления Турбины были одноступенчатыми и вращались в противоположных направлениях, что уменьшало гироскопические силы на двигателе; Была надежда, что встречное вращение устранит ряд статоров турбины для безлопастного интерфейса турбины высокого и низкого давления, что сэкономит вес и уменьшит количество деталей, но в конечном итоге это не увенчалось успехом, и статоры были сохранены. [ 5 ] [ 6 ] В ступенях вентилятора и компрессора должны были использоваться роторы со встроенными лопатками (IBR), также известные как блиски, для снижения веса и стоимости, а также повышения производительности. Из-за жестких требований ATF к суперкрейсерскому режиму конструкция PW5000 имеет низкую степень двухконтурности, высокие температуры на входе в активную зону и турбину, а также полностью регулируемое сужающееся-расширяющееся сопло для достижения высокой удельной тяги на промежуточной мощности или мощности без форсажа. В камере сгорания, получившей внутреннее название Floatwall, исключены сварные швы, чтобы уменьшить рост трещин из-за термоциклирования. Первоначальный запрос предложений предусматривал максимальную тягу в классе 30 000 фунтов силы (133 кН) при полной массе самолета 50 000 фунтов (22 700 кг). [ 7 ]
Pratt & Whitney и General Electric были выбраны для изготовления прототипов двигателей, получивших обозначение YF119 и YF120 соответственно, для демонстрации и проверки (Dem/Val). Оба производителя двигателей будут поставлять двигатели как для Lockheed/Boeing/General Dynamics YF-22 , так и для технологии Northrop/McDonnell Douglas YF-23 ATF, а также для летных демонстраторов. Увеличивающийся вес ATF во время разработки потребовал большей тяги для удовлетворения требований к производительности; Поскольку полная масса выросла до 60 000 фунтов (27 200 кг), требуемая максимальная тяга была увеличена на 20% до класса 35 000 фунтов силы (156 кН). Конструкция Pratt & Whitney была изменена: в нее был включен вентилятор на 15% большего размера, что увеличило степень двухконтурности с 0,25 до 0,30. Однако, в отличие от General Electric, Pratt & Whitney не устанавливала свой больший вентилятор на годные к полетам YF119 для летных демонстраторов ATF, чтобы избежать потенциальных проблем с надежностью, которые могут возникнуть. Вместо этого обновленный вентилятор прошел обширные наземные испытания на базе ВВС Райт-Паттерсон. В результате и YF-22, и YF-23 имели более низкую производительность с YF119, чем с YF120. [ 8 ]
3 августа 1991 года Pratt & Whitney получила контракт EMD на двигатель ATF, а команда Lockheed/Boeing/General Dynamics выиграла контракт на планер ATF. Хотя YF119 имел более традиционную конструкцию по сравнению с YF120 с переменным циклом General Electric, Pratt & Whitney потратила гораздо больше часов на испытания и подчеркнула надежность и меньший риск. Наземные испытания F119-PW-100 впервые были проведены в феврале 1993 года. Серийные двигатели были установлены на серийный F-22 и впервые совершили первый полет F-22 7 сентября 1997 года. [ 8 ] [ 9 ] Всего было выпущено 507 двигателей. [ 10 ] В 2013 году Pratt & Whitney оказала помощь Центру тяжелого технического обслуживания F119 (HMC) на базе ВВС Тинкер, Оклахома, в первом капитальном ремонте депо F119. [ 11 ]
Развитие турбинных двигателей от ATEGG и JTDE продолжилось в рамках программы Integrated High Performance Turbine Engine Technology (IHPTET) с применением в пакетах усовершенствований F119 и их производных. Варианты прототипа YF119 использовались на концептуальных самолетах-демонстраторах Boeing X-32 и Lockheed Martin X-35 Joint Strike Fighter (JSF), а последующая полномасштабная разработка производной модели F119 привела к созданию F135 семейства двигателей , которые устанавливаются на Lockheed Martin F-35 Lightning. II . [ 12 ]
Дизайн
[ редактировать ]F119 представляет собой двухконтурный осевой турбовентиляторный двигатель с малым байпасом. Он имеет трехступенчатый вентилятор, приводимый в движение одноступенчатой турбиной низкого давления, и шестиступенчатый компрессор высокого давления, приводимый в движение одноступенчатой турбиной высокого давления. Вентилятор без кожуха имеет полые титановые лопасти с широкой хордой и малым удлинением, которые приварены к дискам методом линейного трения , образуя цельные роторы с цельнолопастными лопастями (IBR) или блиски. Статоры вентилятора и компрессора, а также сопло вектора тяги изготовлены из устойчивого к горению титанового сплава под названием Alloy C, а первый ряд лопаток регулируется для увеличения запаса по помпажу. Кольцевая камера сгорания Floatwall облицована материалом с высоким содержанием кобальта, обеспечивающим устойчивость к окислению и долговечность камеры сгорания, а также обеспечивает чистое сгорание топлива и снижение образования NOx . Лопатки турбины высокого давления в выхлопном корпусе турбины изготовлены из монокристаллических жаропрочных сплавов и охлаждаются ударным способом воздухом из компрессора высокого давления. Золотники высокого и низкого давления вращаются в противоположных направлениях. Требование к ATF работать на суперкрейсерском режиме или летать на сверхзвуке без форсажных камер приводит к очень низкой степени двухконтурности 0,30 для F119-PW-100 для достижения высоких показателей. конкретная тяга . F119 имеет двойное резервирование полного цифрового управления двигателем ( FADEC ), также называемого внутри компании цифровым электронным управлением двигателем (DEEC), поставляемого Hamilton Standard и полностью интегрированного в систему управления транспортным средством F-22, что делает двигатель очень надежным. устойчив к остановке и прощает быстрое нажатие дроссельной заслонки. [ 13 ]

Трехзонная (уменьшенная с четырех у прототипа) форсажная камера или усилитель способствует малозаметности самолета за счет того, что топливные форсунки интегрированы в толстые изогнутые лопатки, покрытые керамическими радиопоглощающими материалами (RAM). Эти лопатки заменяют традиционные топливные распылители и держатели пламени и блокируют прямую видимость турбин. Сужающееся-расширяющееся сопло может иметь вектор ±20 ° по оси тангажа, что значительно улучшает угол тангажа самолета за счет увеличения момента тангажа хвоста за счет тяги двигателя; это позволяет F-22 сохранять управляемость при полете с углом наклона альфа более 60 °. Вектор тяги полностью интегрирован в систему управления полетом F-22, что облегчает управление. Прямоугольное сопло состоит из двух клиновидных створок, обеспечивающих скрытность, а также способствующих снижению инфракрасной заметности за счет сглаживания выхлопного шлейфа и облегчения его смешивания с окружающим воздухом посредством вихрей. [ 14 ]
В F119 большое внимание уделяется интеграции человеческих систем ; К функциям, облегчающим техническое обслуживание и ремонт двигателя, относятся модульная конструкция, такая как корпус с осевым разъемом, кабели и жгуты с цветовой маркировкой, а также сокращение количества ручных инструментов, необходимых для обслуживания, до пяти. Большинство компонентов имеют одну глубину, и обслуживание можно проводить в защитной одежде. [ 15 ] Расчетный срок службы двигателя составляет 8650 суммарных циклов с проверкой и капитальным ремонтом горячей секции примерно каждые 2000 часов, а холодной секции - каждые 4000 часов. [ 16 ] [ 17 ]
Варианты прототипа
[ редактировать ]В то время как серийный F119 на F-22 включает в себя прямоугольные сопла с регулируемым вектором тяги, варианты прототипов на других самолетах имели другие решения сопел, адаптированные к планеру.

YF119 на YF-23 имел сопло рампы одинарного расширения (SERN), состоящее из регулируемого клинового закрылка вверху и фиксированной рампы внизу, которая затем переходит в траншею наверху хвостовой части фюзеляжа. Хотя у SERN не было возможности изменения вектора тяги, это позволяло дополнительно охлаждать выхлоп в траншеях, что значительно уменьшало инфракрасную сигнатуру, если смотреть снизу самолета; траншеи на кормовой палубе были выложены плиткой, которая «охлаждалась транспирацией» за счет отбираемого из двигателя воздуха, чтобы противостоять теплу выхлопных газов. [ 14 ]
Специализированные варианты YF119 на X-32 и X-35 имели возможности для операций укороченного взлета и вертикальной посадки (STOVL). YF119-PW-614 на X-32 имел сопло для изменения вектора тяги по оси тангажа, а клапаны могли перенаправлять выхлопные газы двигателя и отбирать воздух для обеспечения прямой подъемной силы, аналогично двигателю Pegasus на Harrier . Напротив, YF119-PW-611 на X-35 имел круглое осесимметричное сопло, которое могло поворачиваться вниз, в то время как золотник низкого давления приводит в движение подъемный вентилятор, который включается через муфту; Обходной воздух двигателя также направляется на стойки крена для дополнительной подъемной силы и устойчивости. X-35 выиграл конкурс JSF, а его система подъемного вентилятора с приводом от вала, получившая название LiftSystem , была полностью разработана компаниями Rolls-Royce и Pratt & Whitney для F135-PW-600. [ 18 ]
Варианты
[ редактировать ]- YF119-PW-100L : прототип двигателя для YF-22 ; номинальный класс тяги 30 000 фунтов силы.
- YF119-PW-100N : прототип двигателя для YF-23 ; номинальный класс тяги 30 000 фунтов силы.
- F119-PW-100 : серийный двигатель для F-22A с увеличенным вентилятором и увеличенной степенью двухконтурности (BPR), рассчитанный на класс тяги 35 000 фунтов силы.
- YF119-PW-611 : прототип двигателя для X-35 .
- YF119-PW-614 : прототип двигателя для X-32 .
Приложения
[ редактировать ]- Боинг Х-32 (YF119-PW-614)
- Локхид YF-22 (YF119-PW-100L)
- Локхид Мартин F-22 Раптор (F119-PW-100)
- Локхид Мартин Х-35 (YF119-PW-611)
- Нортроп YF-23 (YF119-PW-100N)
Технические характеристики (F119-PW-100)
[ редактировать ]
Данные Pratt & Whitney, [ 19 ] РЭНД, [ 9 ] Авиационная неделя, [ 20 ] ВВС США. [ 21 ] [ 22 ]
Общие характеристики
- Тип: двухзолотниковый с осевым потоком и увеличенным потоком. турбовентиляторный двигатель
- Длина: 196 дюймов (497,8 см) [ № 1 ]
- Диаметр: прибл. 40 дюймов (100 см) на входе, 48 дюймов (120 см) в целом, 50 дюймов (130 см) максимум
- Сухой вес: прибл. Общий вес 5000 фунтов (2270 кг) [ Н 2 ]
Компоненты
- Компрессор: 3-ступенчатый вентилятор, 6-ступенчатый компрессор высокого давления.
- Коэффициент байпаса : 0,30:1
- Камеры сгорания : Кольцевая камера сгорания
- Турбина : 1-ступенчатая турбина высокого давления, 1-ступенчатая турбина низкого давления встречного вращения.
- Сопло : 2-мерная векторизация , сходящаяся-расходящаяся
Производительность
- Максимальная тяга :
- >26 000 фунтов силы (116 кН) (военная/промежуточная мощность). Эти данные являются расчетным показателем.
- >35000 фунтов силы (156 кН) (с форсажной камерой ) [ Н 3 ] [ 25 ]
- Общий коэффициент давления : 26:1
- Температура на входе в турбину: 3000 ° F (1649 ° C; 1922 К)
- Тяговооруженность : 5,2:1 (средняя), 7,0:1 (форсажная).
См. также
[ редактировать ]Связанные разработки
Сопоставимые двигатели
Связанные списки
Ссылки
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ 203 дюйма (515,6 см) для прототипа YF119-PW-100L с более длинной конструкцией сопла. [ 23 ]
- ^ Прибл. 3900 фунтов (1769 кг) для прототипа YF119-PW-100L без расширяющейся секции сопла, которые считались оборудованием, поставляемым подрядчиком планера. [ 24 ]
- ^ Фактическая тяга находится в диапазоне 37 000–39 000 фунтов силы (164,6–173,5 кН).
Цитаты
[ редактировать ]- ^ Данные летных испытаний F-22, заархивированные 18 июня 2006 г. в Wayback Machine . по состоянию на 8 августа 2007 г.
- ^ Последний в своем роде. Флайтглобал.
- ^ «Статистика медиа-кита F-35 Joint Strike Fighter (ZIP, 98,2 КБ)» . jsf.mil . Архивировано из оригинала 26 июня 2019 года . Проверено 16 апреля 2018 г.
- ^ «Обозначения военных авиационных двигателей США» . www.designation-systems.net . Проверено 16 апреля 2018 г.
- ^ Аронштейн и Хиршберг 1998, с. 227
- ^ «Новая турбина F119 получила более глубокие кривые лопаток, изменено количество статоров» . Авиационная неделя . 31 июля 1995 г.
- ^ Аронштейн, стр. 211–215.
- ^ Перейти обратно: а б Аронштейн стр. 221–222.
- ^ Перейти обратно: а б Обейд Юносси; Марк В. Арена; Ричард М. Мур; Марк Лорелл; Джоанна Мейсон; Джон К. Грейзер (2002). Приобретение военных реактивных двигателей (PDF) (Отчет). РЭНД. п. 117.
- ^ Маджумдар, Дэйв (17 января 2013 г.). «Pratt & Whitney поставит последний двигатель F-22 Raptor» .
- ^ PRNewswire. «Пратт и Уитни, ВВС США завершили первый капитальный ремонт двигателя F119» . www.provencejournal.com . Архивировано из оригинала 27 августа 2019 года . Проверено 16 апреля 2018 г.
- ^ Аронштейн, стр. 227.
- ^ «Пратт и Уитни F119» . Прогноз Интернешнл .
- ^ Перейти обратно: а б Кац, Дэн (7 июля 2017 г.). Физика и техника инфракрасной скрытности . Авиационная неделя . Проверено 12 апреля 2019 г.
- ^ 2-й лейтенант Кевин К. Лю, морская пехота США, Рикардо Валериди, Донна Х. Роудс, полковник Ларри Кимм, ВВС США, и подполковник Алвис Хеден, ВВС США (апрель 2010 г.). Двигатель F119: история успеха интеграции человеческих систем при сборе данных (PDF) (отчет). Университет оборонных закупок (DAU) . Проверено 2 апреля 2024 г.
{{cite report}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ «F119 компании Pratt & Whitney демонстрирует полную работоспособность» . Пратт и Уитни . 10 сентября 2010 г. Проверено 12 мая 2019 г.
- ^ Дрю, Джеймс (24 сентября 2015 г.). «P&W ожидает притока капитальных ремонтов F119, поскольку Raptor обнажает когти» . Полет Глобал .
- ^ Бевилаква, Пол М; Шумперт, Пол К. Силовая установка для самолета с вертикальным и коротким взлетом и посадкой (патент), США: Патент гения, 5209428, заархивировано из оригинала 25 февраля 2012 г. , получено 9 января 2010 г.
- ^ «Двигатель Ф119» . Пратт и Уитни . Архивировано из оригинала 31 августа 2014 г. Проверено 28 ноября 2012 г.
- ↑ Билл Свитман (3 ноября 2014 г.). «Конструкция истребителя-невидимки J-20 сочетает в себе скорость и маневренность». Неделя авиации и космических технологий. Проверено 8 ноября 2014 г.
- ^ Информационный бюллетень F-22 Raptor . ВВС США, март 2009 г.
- ^ Технический заказ ТО-00-85-20 Изменение 22, Инструкция по транспортировке двигателя (PDF) . ВВС США (Технический отчет). 15 июня 2000 г.
- ^ «Информационные бюллетени: турбовентиляторный двигатель с турбонаддувом Pratt & Whitney YF119-PW-100L» . Национальный музей ВВС США . 14 декабря 2014 г. Архивировано из оригинала г. 14 декабря 2014 Проверено 16 апреля 2018 г.
- ^ Аронштейн и Хиршберг 1998, с. 218
- ^ AIR International, июль 2015 г., стр. 63
Библиография
[ редактировать ]- Аронштейн, Дэвид К.; Хиршберг, Майкл Дж. (1998). От усовершенствованного тактического истребителя до F-22 Raptor: истоки истребителя господства в воздухе 21 века . Арлингтон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN 978-1-56347-282-4 .
- Мец, Альфред «Пол». Легенды ВВС, номер 220. Northrop YF-23 ATF . Форрест-Лейк, Миннесота: Specialty Press, 2017. ISBN 0989258378
- Миллер, Джей. Lockheed Martin F/A-22 Raptor, истребитель-невидимка . Хинкли, Великобритания: Midland Publishing, 2005. ISBN 1-85780-158-X .
Внешние ссылки
[ редактировать ]