Дженерал Электрик YF120

YF120
	YF120 в Национальном музее ВВС США.
Тип	с регулируемым циклом ТРДДД
Национальное происхождение	Соединенные Штаты
Производитель	Дженерал Электрик
Первый запуск	1980-е годы
Основные приложения	Локхид YF-22 ; Нортроп YF-23
Развитый в	Дженерал Электрик/Роллс-Ройс F136

General Electric YF120 , внутреннее обозначение GE37 , представлял собой двигатель с регулируемым циклом дожигания, турбовентиляторный разработанный General Electric Aircraft Engines в конце 1980-х и начале 1990-х годов для США (ATF) ВВС Advanced Tactical Fighter программы . Он был разработан для обеспечения максимальной тяги в классе 35 000 фунтов силы (156 кН). Двигатели-прототипы были установлены на два конкурирующих самолета-демонстратора технологий — Lockheed YF-22 и Northrop YF-23 .

от Pratt & Whitney Конкурирующий F119 был выбран вместо F120 для привода в действие ATF, конкурса, в котором команда Lockheed выиграла, и стал F-22 Raptor .

История

Разработка

ВВС General Electric (GE) начала разработку GE37, который станет основой XF120 и YF120, для программы Joint Advanced Fighter Engine (JAFE) в начале 1980-х годов, направленной на поставку силовой установки для усовершенствованного тактического истребителя (ATF); Позже JAFE была переименована в программу ATF Engine (ATFE). Основная технология, использованная в конструкции F120, была разработана в рамках двух отраслевых государственных программ: газогенератора двигателей с передовыми технологиями (ATEGG) и программы демонстрации совместных технологий (JTDE). ^{[ 1 ]} Конструкция была призвана удовлетворить сложные к суперкруизному режиму . требования ATF ^{[ 2 ]} Это означало, что двигатель должен был развивать большую сухую тягу (без форсажной камеры) и, следовательно, иметь высокую нерасчетную эффективность («расчет» - это стандартные крейсерские условия). В отличие от конкурента Pratt & Whitney , компания GE отказалась от разработки обычного турбовентиляторного двигателя с фиксированным двухконтурным каналом и вместо этого предпочла разработать двигатель с регулируемым циклом . ^{[ 3 ]} Дополнительные инновации включают использование цельных дисков и узлов лопаток ротора, или «бликов», в ступенях вентилятора и компрессора для повышения производительности и долговечности, а также уменьшения веса и количества деталей. Первоначальный запрос предложений предусматривал максимальную тягу в классе 30 000 фунтов силы (133 кН). ^{[ 4 ]}

Из-за увеличения веса ATF во время разработки с 50 000 фунтов (22 700 кг) до 60 000 фунтов (27 200 кг) требования к тяге были увеличены на 20% до класса 35 000 фунтов силы (156 кН), чтобы соответствовать требованиям к производительности. В конструкцию GE были внесены изменения, включившие вентилятор на 12% большего размера для увеличения воздушного потока, а также охлаждающего воздуха, особенно для сопел. Для демонстрации полета YF120 были оснащены вентилятором большего размера, в отличие от YF119, в котором использовался оригинальный маленький вентилятор. В результате оба самолета-демонстратора имели более высокие характеристики с YF120, чем с YF119. ^{[ 5 ]} YF120 приводил в движение YF-22 и YF-23, развивая сверхкрейсерскую скорость 1,58 и 1,72 Маха соответственно. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

Конфигурация инженерно-производственного развития (EMD) F120 была испытана в декабре 1990 года. Улучшения компонентов позволили достичь уровня тяги YF120 при более низких температурах. ^{[ 8 ]} В конечном итоге ВВС США выбрали предложение Pratt & Whitney F119 для полномасштабной разработки и производства. Более амбициозная конструкция F120 была сочтена более рискованной, и General Electric также потратила меньше часов на испытания, чем Pratt & Whitney. ^{[ 9 ]}

Дальнейшие разработки

YF120 также был предложен в качестве основы для более экзотического двигателя, турбинного двигателя комбинированного цикла (TBCC), который должен был использоваться в самолетах-демонстраторах, таких как X-43B , и в будущих гиперзвуковых самолетах. В частности, YF120 должен был стать основой для Революционного турбинного ускорителя (RTA-1). Технология изменяемого цикла, используемая в YF120, будет расширена и позволит превратить двигатель не только в турбореактивный, но и в прямоточный воздушно-реактивный двигатель . В этом режиме весь воздушный поток будет обходить активную зону и направляться в форсажную «гипергорелку», где он будет сгорать, как прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Этот предложенный двигатель должен был разгоняться от 0 до 4,1 Маха (на высоте 56 000 футов) за восемь минут. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Технология YF120 была применена в последующих разработках GE; В 1990-х годах компании GE и Rolls-Royce начали совместную разработку двигателя F136 для программы Joint Strike Fighter , в результате чего для разработки и производства F-35 Lightning II была выбрана компания Lockheed Martin . Несмотря на уроки, извлеченные из YF120, F136 представляет собой традиционную конструкцию с фиксированным байпасом; он также использовал достижения в области технологий газотурбинных двигателей в рамках программы Integrated High Performance Turbo Engine Technology (IHPTET), которая продолжила разработки ATEGG и JTDE. ^{[ 12 ]} Несмотря на лучший потенциал производительности, чем у действующего Pratt & Whitney F135 , из-за большего размера сердечника для измененного воздухозаборника F-35, F136 в конечном итоге был отменен из-за отсутствия финансирования. ^{[ 13 ]}

Несмотря на то, что ВВС США не выбрали YF120 для ATF, они будут способствовать развитию технологии двигателей с регулируемым циклом с помощью универсальных доступных усовершенствованных турбинных двигателей (VAATE) - совместной работы правительства и промышленности, направленной на удовлетворение будущих потребностей в газотурбинных двигателях. В рамках VAATE программа Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT) продолжит разработку технологии газотурбинных двигателей с регулируемым циклом в адаптивную трехпоточную архитектуру. ^{[ 14 ]} Последующий Демонстратор технологий адаптивных двигателей (AETD) и Программа перехода на адаптивные двигатели (AETP) привели к разработке GE XA100 и P&W XA101 для потенциальной модернизации F-35; Соответствующая адаптивная силовая установка следующего поколения (NGAP) была запущена для разработки GE XA102 и P&W XA103 для программ Next Generation Air Dominance и F/A-XX , преемников ATF. ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}

Дизайн

YF120 представляет собой двухзолотниковый турбовентиляторный двигатель с осевым потоком и дожиганием. Конструкция состоит из двухступенчатого вентилятора с приводом от одноступенчатой турбины низкого давления и пятиступенчатого компрессора с приводом от одноступенчатой турбины высокого давления. Примечательно, что двигатель имеет два перепускных канала, которые расположены спереди и сзади первой ступени компрессора золотника высокого давления, также известной как ступень вентилятора с приводом от сердечника; эти два перепускных канала играют ключевую роль в работе двигателя с переменным циклом. Кольцевая камера сгорания представляет собой двухкупольную конструкцию. Золотники высокого и низкого давления вращаются в противоположных направлениях, что исключает неподвижные лопатки между турбинами, уменьшает количество деталей и снижает вес. ^{[ 17 ]} Управление двигателем осуществляется трехканальной цифровой системой управления двигателем (FADEC) с полным контролем топлива и охлаждением топлива. ^{[ 18 ]}

Переменный цикл

Система изменяемого цикла YF120 работала, изменяя степень двухконтурности двигателя для разных режимов полета, позволяя двигателю действовать либо как турбовентиляторный двигатель с малой двухконтурностью, либо почти как турбореактивный двигатель . ^{[ 3 ]} В качестве турбовентиляторного двигателя с малым байпасом (как у конкурента F119 ) двигатель работал так же, как и сопоставимые двигатели, с открытым задним перепускным каналом за ступенью вентилятора с приводом от сердечника. Однако при необходимости двигатель мог направлять больший поток воздуха через горячую зону двигателя (как турбореактивный двигатель), закрывая задний перепускной канал, увеличивая удельную тягу двигателя. Это сделало двигатель более эффективным на большой высоте и при высоких уровнях тяги, чем традиционный турбовентиляторный двигатель с малым двухконтурным ходом. Согласование давления между вентилятором и активной зоной осуществлялось с помощью байпасной форсунки переменной площади (VABI). ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}

Ожидаемым недостатком этой системы с переменным циклом будет повышенная сложность и вес. Компания GE утверждает, что ей удалось решить эту проблему, используя простые клапаны с приводом от давления, а не сложные клапаны с механическим приводом для отклонения воздушного потока. GE заявила, что эта система привела к тому, что система регулируемого цикла добавила к двигателю всего 10 фунтов. ^{[ 3 ]} Кроме того, ожидалось, что серийный двигатель F120 будет иметь на 40% меньше деталей, чем двигатель F110 . ^{[ 12 ]}

Сопло

У YF120 были другие конструкции сопел, чем у прототипов-демонстраторов технологий YF-22 и YF-23, адаптированные к конкретному планеру.

Двигатель YF-22 имел двумерное сопло с вектором тяги , которое могло векторироваться в направлении тангажа. Эта возможность дала самолету серьезное преимущество в маневренности по тангажу за счет значительного увеличения момента тангажа носа, доступного самолету. Момент тангажа традиционно создается горизонтальным стабилизатором (и/или утком, если применимо), но с помощью сопла для изменения вектора тяги этот момент может быть увеличен за счет тяги двигателя. Во время демонстраций с высоким углом обзора YF-22 с двигателем YF120 летел с балансирующим углом обзора 60 градусов на скорости 82 узла. При таком положении самолет смог продемонстрировать управляемость. Более поздний анализ показал, что самолет мог поддерживать управляемый балансирующий полет под углом до 70 градусов. ^{[ 21 ]} Клиновидные створки сопла также уменьшают инфракрасную сигнатуру, сглаживая выхлопной шлейф и смешивая его с вихрями для охлаждения. ^{[ 22 ]}

На YF-23 вместо сопла с изменяемым вектором тяги двигатель имел сопло с рампой одинарного расширения (SERN), верхняя часть которого состояла из регулируемого внешнего закрылка или лопасти для управления площадью сопла, а нижняя часть представляла собой фиксированный пандус. Двигатели были расположены далеко впереди задней кромки хвостовой части фюзеляжа YF-23, где каждое сопло переходит в траншею в верхней части хвостовой части фюзеляжа, облицованную термостойким материалом. Это позволяет быстро охладить выхлопной шлейф перед выходом из самолета, что значительно снижает инфракрасную сигнатуру, особенно если смотреть снизу; траншеи на кормовой палубе были выложены плиткой, которая «охлаждалась транспирацией» от отбираемого из двигателя воздуха, чтобы противостоять теплу выхлопных газов. ^{[ 22 ]}

Приложения

Технические характеристики (YF120)

Данные Аронштейна, ^{[ 23 ]} Шаг, ^{[ 24 ]} Норрис ^{[ 12 ]}

Общие характеристики

Тип: двухзолотниковый, осевой, с регулируемым циклом, турбовентиляторный двигатель с увеличенным объемом
Длина: 166,8 дюйма (4237 мм) (без сопла)
Диаметр: 42 дюйма (1067 мм) (без сопла)
Сухой вес: 4100 фунтов (1860 кг) (без насадки) ^{[ № 1 ]}

Компоненты

Компрессор: 2-ступенчатый вентилятор, 5-ступенчатый компрессор высокого давления.
Коэффициент байпаса : 0,32:1
Камеры сгорания : Кольцевая камера сгорания
Турбина : 1-ступенчатая HPT, 1-ступенчатая LPT, встречное вращение ^{[ 26 ]}
Сопло : двумерное векторное схождение/расходящееся (YF-22), однорасширительное сопло с наклонной рамкой (YF-23)
Тип топлива: JP-4 или JP-8.

Производительность

Максимальная тяга :
- >23 500 фунтов силы (105 кН) (сухой)
- 35000 фунтов силы (156 кН) - класс (увеличенный)
Общий коэффициент давления : 22:1
Тяговооруженность : >8,54:1 (увеличенная)

См. также

Дженерал Электрик ХА100

Связанные разработки

Дженерал Электрик/Роллс-Ройс F136

Сопоставимые двигатели

Связанные списки

Список авиационных двигателей

Ссылки

Примечания

^ Вес указан без секции расширяющегося сопла, которая считалась оборудованием, поставляемым подрядчиком планера. ^{[ 25 ]}

Цитаты

^ Аронштейн, с. 233
^ Аронштейн, с. 211
^ Jump up to: ^а ^б ^с Моксон, Джулиан (1989). Соперники ATF готовы к соревнованию двигателей. Рейс Интернешнл . 15–21 ноября 1989 г., с. 22-23.
^ Аронштейн, стр. 211–215.
^ Аронштейн, стр. 221–223.
^ «YF-22 PAV-1 бьет рекорд сверхкрейсерской скорости» . Оборонная газета . 19 ноября 1990 года. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 10 августа 2015 г.
^ Пол Мец, Джим Сэндберг (27 августа 2015 г.). Презентация YF-23 DEM/VAL летчиков-испытателей Пола Метца и Джима Сэндберга . Западный музей авиации: Производство Peninsula Seniors.
^ Аронштейн, с. 223
^ Аронштейн, с. 227
^ Норрис, Гай (2003). GE представляет конструкцию прямоточного воздушно-реактивного двигателя для шаттла. Рейс Интернешнл . 23 сентября 2003 г., стр. 26.
^ Двигатель со скоростью 7 Маха будет турбинным (2004 г.). Рейс Интернешнл . 23 декабря 2003 г. – 5 января 2004 г., стр. 13.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Норрис, Гай (1990). Борьба за власть. Рейс Интернешнл . 1-7 августа 1990 г., стр. 22-23
^ Маджумдар, Дэйв (2 декабря 2011 г.). «GE и Rolls Royce прекращают финансирование альтернативного двигателя F-35» . Новости обороны . Архивировано из оригинала 29 июля 2012 г.
^ Томсон, Дэниел Э. (14 апреля 2010 г.). Универсальные и доступные усовершенствованные газотурбинные двигатели меняют правила игры благодаря превосходной топливной эффективности (PDF) . 11-я ежегодная конференция по науке и инженерным технологиям/DoD Tech Expo. Чарльстон, Южная Каролина.
^ Норрис, Гай (14 мая 2021 г.). «Чем адаптивный двигатель GE отличается от более ранних конструкций с переменным циклом» . Авиационная неделя .
^ Норрис, Гай (2 октября 2020 г.). «Плывем по течению: новые адаптивные силовые установки ВВС США» . Авиационная неделя .
^ Аронштейн, стр. 212-15.
^ Аронштейн, с. 216
^ Аронштейн, с. 212
^ Силовая установка GE F120 использует перепускную дверь вентилятора для регулирования переменного цикла (1990). Неделя авиации и космических технологий . 30 июля 1990 г. Том. 133, № 5; стр. 21
^ Бархэм, Роберт (1994). ВЕКТОР тяги ПРОТОТИПА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ТАКТИЧЕСКОГО ИСТРЕБИТЕЛЯ YF-22 . АИАА-94-2105-CP.
^ Jump up to: ^а ^б Кац, Дэн (7 июля 2017 г.). «Физика и техника инфракрасной скрытности» . Авиационная неделя . Проверено 12 апреля 2019 г.
^ Аронштейн, стр. 224.
^ Пейс, с. 232
^ Аронштейн и Хиршберг 1998, с. 218
^ Каузер, Фазель (1994). Обзор технологии газотурбинных двигателей . 30-я совместная конференция AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной установке. 27–29 июня 1994 г., Индианаполис, Индиана. АлАА 94-2828.

Библиография

GE представляет конструкцию прямоточного воздушно-реактивного двигателя для шаттла Technology News Flight International 23/09/03.
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 астрономии. 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 .
Пейс, Стив (2016). Большая книга X-бомбардировщиков и X-истребителей: экспериментальные самолеты ВВС США с реактивными двигателями и их двигательные системы . Вояджер Пресс. ISBN 9780760351420 .

Внешние ссылки

Команда GE/Allison/Rolls-Royce разрабатывает истребительный двигатель YF120 для самолетов-кандидатов JSF . Пресс-релиз GE Aviation (2 сентября 1996 г.).
Страница Национального музея ВВС США, посвященная YF120.
Сайт энтузиастов Northrop YF-23

[26] Вес указан без секции расширяющегося сопла, которая считалась оборудованием, поставляемым подрядчиком планера. ^{[ 25 ]}

[1] Аронштейн, с. 233

[2] Аронштейн, с. 211

[atfrivals-3] Jump up to: ^а ^б ^с Моксон, Джулиан (1989). Соперники ATF готовы к соревнованию двигателей. Рейс Интернешнл . 15–21 ноября 1989 г., с. 22-23.

[4] Аронштейн, стр. 211–215.

[5] Аронштейн, стр. 221–223.

[6] «YF-22 PAV-1 бьет рекорд сверхкрейсерской скорости» . Оборонная газета . 19 ноября 1990 года. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 10 августа 2015 г.

[test_pilot_interview-7] Пол Мец, Джим Сэндберг (27 августа 2015 г.). Презентация YF-23 DEM/VAL летчиков-испытателей Пола Метца и Джима Сэндберга . Западный музей авиации: Производство Peninsula Seniors.

[8] Аронштейн, с. 223

[9] Аронштейн, с. 227

[10] Норрис, Гай (2003). GE представляет конструкцию прямоточного воздушно-реактивного двигателя для шаттла. Рейс Интернешнл . 23 сентября 2003 г., стр. 26.

[11] Двигатель со скоростью 7 Маха будет турбинным (2004 г.). Рейс Интернешнл . 23 декабря 2003 г. – 5 января 2004 г., стр. 13.

[power-12] Jump up to: ^а ^б ^с Норрис, Гай (1990). Борьба за власть. Рейс Интернешнл . 1-7 августа 1990 г., стр. 22-23

[13] Маджумдар, Дэйв (2 декабря 2011 г.). «GE и Rolls Royce прекращают финансирование альтернативного двигателя F-35» . Новости обороны . Архивировано из оригинала 29 июля 2012 г.

[14] Томсон, Дэниел Э. (14 апреля 2010 г.). Универсальные и доступные усовершенствованные газотурбинные двигатели меняют правила игры благодаря превосходной топливной эффективности (PDF) . 11-я ежегодная конференция по науке и инженерным технологиям/DoD Tech Expo. Чарльстон, Южная Каролина.

[15] Норрис, Гай (14 мая 2021 г.). «Чем адаптивный двигатель GE отличается от более ранних конструкций с переменным циклом» . Авиационная неделя .

[16] Норрис, Гай (2 октября 2020 г.). «Плывем по течению: новые адаптивные силовые установки ВВС США» . Авиационная неделя .

[17] Аронштейн, стр. 212-15.

[18] Аронштейн, с. 216

[19] Аронштейн, с. 212

[20] Силовая установка GE F120 использует перепускную дверь вентилятора для регулирования переменного цикла (1990). Неделя авиации и космических технологий . 30 июля 1990 г. Том. 133, № 5; стр. 21

[yf22TV-21] Бархэм, Роберт (1994). ВЕКТОР тяги ПРОТОТИПА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ТАКТИЧЕСКОГО ИСТРЕБИТЕЛЯ YF-22 . АИАА-94-2105-CP.

[cooling_exhaust-22] Jump up to: ^а ^б Кац, Дэн (7 июля 2017 г.). «Физика и техника инфракрасной скрытности» . Авиационная неделя . Проверено 12 апреля 2019 г.

[23] Аронштейн, стр. 224.

[pace232-24] Пейс, с. 232

[25] Аронштейн и Хиршберг 1998, с. 218

[GTOver-27] Каузер, Фазель (1994). Обзор технологии газотурбинных двигателей . 30-я совместная конференция AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной установке. 27–29 июня 1994 г., Индианаполис, Индиана. АлАА 94-2828.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ № 1 ]

[ 26 ]

[ 25 ]

v т и GE Aircraft Engines/GE Aviation/ GE Aerospace Авиационные двигатели
Turbojets	CJ610 CJ805 GE1 GE4/J5 I-A J31 J33 J35 J47 J73 J79 J85 J87 YJ93 J97 YJ101
Turbofans	Affinity CF6 CF34 CF700 CFE738† CFM56† CJ805-23 GE90 GE9X GEnx GP7000† HF120† LEAP† Passport F101 F108† F110 F118 YF120 F136† F404/F412 F414 RM12† RM16 TF34 TF39 XA100 XA102
Turboprops and turboshafts	Catalyst CT7 CT58 CT64 GE27 GE38 H-Series T31 T58 T64 T407 T408 T700 T901
Aeroderivative gas turbine engines	LM500 LM1500 LM1600 LM2500 LM6000 LM9000 LMS100
Propfans	GE36 RISE†
† Joint development aeroengines

v т и США военных газотурбинных авиационных двигателей Система обозначения
Turbojets	J30 J31 J32 J33 J34 J35 J36 J37 XJ38 J39 J40 XJ41 J42 J43 J44 J45 J46 J47 J48 XJ49 J51 J52 J53 J54 J55 J56 J57 J58 J59 J60 J61 J63 J65 J67 J69 J71 J73 J75 J79 J81 J83 J85 J87 J89 J91 YJ93 J95 J97 J99 J100 YJ101 J102 J400 J401 J402 J403 J700
Turboprops/ Turboshafts	T30 T31 T33 T34 T35 T36 T37 T38 T39 T40 T41 T42 T43 T44 T45 T46 T47 T48 T49 T50 T51 T52 T53 T54 T55 T56 (variants) T57 T58 T60 T61 T62 T63 T64 T65 T66 T67 T68 T69 T70 T71 T72 T73 T74 T76 T78 T80 T100 T101 T400 T405 T406 T407 T408 T700 T701 T702 T703 T706 T708 LHTEC T800 APW T800 T900 T901
Turbofans	TF30 TF31 TF32 TF33 TF34 TF35 TF37 TF39 TF41 F100 F101 F102 F103 F104 F105 F106 F107 F108 F109 F110 F112 F113 F117 F118 F119 YF120 F121 F122 F124 F125 F126 F127 F128 F129 F130 F135 F136 F137 F138 F400 F401 F402 F404 F405 F408 F412 F414 F415
Adaptive cycle engines	XA100 XA101 XA102 XA103

v т и Программа Advanced Tactical Fighter и связанные с ней самолеты
Technology demonstrator prototypes	YF-22 YF-23
Production aircraft	F-22
Engines	F119 YF120
Equipment fitted	AN/APG-77 radar AN/ALR-94 Electronic Warfare System AN/AAR-56 Missile Launch Detector Integrated CNI Avionics (ICNIA)
Proposed variants/derivatives	NATF-22 NATF-23 X-44 MANTA FB-22 FB-23