Rolls-Royce LiftSystem
| Лифтовая система | |
|---|---|
| |
| Rolls-Royce LiftSystem в сочетании с турбовентиляторным двигателем F135 на Парижском авиасалоне в 2007 году. | |
| Тип | STOVL Лифтовая система |
| Производитель | Роллс-Ройс ПЛС |
| Основные приложения | F-35 Лайтнинг II |
Rolls -Royce LiftSystem вместе с двигателем F135 установку , представляет собой авиационную двигательную предназначенную для использования в STOVL варианте 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
[ редактировать ]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 подходящая система вертикальной подъемной силы способностью, и для варианта STOVL требовалась , 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 ]
Проектирование и разработка
[ редактировать ]
Вместо использования отдельных подъемных двигателей, как у Як-38 , или вращающихся сопел для перепуска воздуха двигателя, как у Harrier, «LiftSystem» имеет 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 поворотным соплом с тремя подшипниками (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 США Министерства обороны Управления совместной программы ударных истребителей . Пол Бевилаква , [ 7 ] Главный инженер компании 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
[ редактировать ]
Rolls-Royce LiftSystem состоит из четырех основных компонентов: [ 3 ]
- ЛифтВентилятор
- Двигатель к приводному валу вентилятора [ 12 ]
- Трехопорный поворотный модуль (3БСМ)
- Рулонные стойки (два)
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 ]
Для вертикального полета - 29 000 л.с. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] передается удлинительным валом на вентилятор двигателя с помощью муфты [ 17 ] и конический редуктор с подъемным вентилятором противоположного вращения, расположенным перед двигателем. 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 режиме подъема: [ 3 ]
| Компонент | Толкать |
|---|---|
| 3БСМ, сухая тяга | 18000 фунтов силы (80 кН) |
| Подъемный вентилятор | 20 000 фунтов силы (89 кН) |
| Столбы рулонные, комбинированные | 3900 фунтов силы (17 кН) |
| Общий | 41900 фунтов силы (186 кН) |
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 ссылка ]
Инженерные задачи
[ редактировать ]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 межступенчатых лопаток используются композиты на органической матрице. LiftFan очищен [ 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 ссылка ]
Трехопорный поворотный модуль должен поддерживать последнее горячее сопло вектора тяги и передавать его осевые нагрузки обратно на опоры двигателя. В «топливных» приводах 3BSM используется 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 ссылка ]
Тестирование
[ редактировать ]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, 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, 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, оборудованный STOVL, выполнил демонстрацию вертикального висения и посадки на военно-морской авиабазе Патаксент-Ривер в Лексингтоне. Парк, доктор медицины. [ 27 ]
Награда Кольер Трофи
[ редактировать ]В 2001 году двигательная установка LiftSystem была удостоена награды 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 фактическим использованием в течение предыдущего года». [ 4 ]
Технические характеристики (LiftSystem)
[ редактировать ]- 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 режиме подъема, с возможностью повторного нагрева в нормальном горизонтальном положении.
- Прокручивать посты
- Два: с гидравлическим приводом
Галерея
[ редактировать ]-
Летная демонстрация X-35/LiftSystem перехода в конфигурацию вертикального взлета и посадки, висения, взлета в конфигурации STOVL, дозаправки в полете, вертикального висения и посадки.
-
Демонстрация вертикальной посадки, демонстрирующая работу 3БСМ.
-
Сборка турбины и подъемного вентилятора на выставке в Национальном музее авиации и космонавтики, Центр Стивена Ф. Удвар-Хейзи
См. также
[ редактировать ]- Боинг Х-32
- Подъемный вентилятор
- XV-4 Колибри
- Роллс-Ройс РБ108
- Установка для измерения тяги Rolls-Royce
- Yakovlev Yak-38
- Связанные списки
Ссылки
[ редактировать ]- ^ http://naa.aero/userfiles/files/documents/Press%20Releases/Collier%202001%20PR.pdf [ только URL-адрес PDF ]
- ^ https://archive.org/details/DTIC_ADA395506/page/n5/mode/2up?q=joint+strike+fighter , стр.4
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Сайт LiftSystem Rolls-Royce. Получено: июль 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Силовая установка 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.
- ^ Перейти обратно: а б От сверхзвука к зависанию: как летает F-35 Крис Кьелгаард, старший редактор, опубликовано: 21 декабря 2007 г.
- ^ «Трёхопорное поворотное сопло F-35B Lightning II | Журнал Code One» .
- ^ Недатированное видео Lockheed Martin. [ постоянная мертвая ссылка ] Проверено в декабре 2009 г.
- ^ «Двигательная система для самолетов вертикального и короткого взлета и посадки» , Патент США 5209428.
- ^ Rolls-Royce LiftSystem (США), АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ - LIFTFAN Авиационные двигатели Джейн. Проверено: 4 ноября 2008 г. [ мертвая ссылка ]
- ^ « - когда Эллисон начинает испытания подъемного вентилятора JSF » Flight International , 21 мая 1997 г. Дата обращения: 19 сентября 2010 г. Архивировано 2 ноября 2012 г.
- ^ Норрис, Гай. «GE и Rolls отказываются от альтернативного двигателя F136 JSF». Неделя авиации , 2 декабря 2011 г.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Перейти обратно: а б Силовая установка Lockheed. Архивировано 20 июня 2010 года на сайте Wayback Machine VTOL.org . Проверено: 19 сентября 2010 г.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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
- ^ Перейти обратно: а б «Подъемная система Rolls-Royce для совместного ударного истребителя», Элли Зольфагарифард, инженер , 28 марта 2011 г.
- ^ Уорик, Грэм. « F-35B — Doors 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.
- ^ Зольфагарифард, Элли. « Rolls-Royce’s LiftSystem for the Joint Strike Fighter » The Engineer (британский журнал) , 28 марта 2011 г. Архивировано 19 декабря 2013 г.]
- ^ «Приводная система подъемного вентилятора с приводом от вала для объединенного ударного истребителя» П. Бевилаква, представлено на 53-м ежегодном форуме Американского вертолетного общества, Вирджиния-Бич, Вирджиния, 29 апреля - 1 мая 1997 г.
- ↑ Официальный сайт Joint Strike Fighter — страница истории.
- ^ PBS: Стенограмма Nova "X-planes"
- ↑ Пресс-релиз Lockheed Martin. Архивировано 22 марта 2010 г. на Wayback Machine. Проверено: 18 марта 2010 г.
- ^ Победители Collier 2000–2007. Архивировано 31 мая 2011 года в Национальной авиационной ассоциации Wayback Machine . Проверено: 10 ноября 2008 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Pratt & Whitney F135 - Основные этапы проекта
- Rolls-Royce - ЛифтСистема
- GovExec: двигатель, который может
- Мужчина с веером
- Пол М. Бевилаква: Двигательная установка подъемного вентилятора с приводом от вала для совместного ударного истребителя. Документ Word DTIC.MIL, 5,5 МБ. Дата: 1997 год.
- Два подхода к достижению короткого взлета и вертикальной посадки Инженер-конструктор - Аэрокосмическая отрасль, 21 февраля 2013 г.
- Трехопорное поворотное сопло F-35B Lightning II Журнал Code One Magazine, 12 августа 2014 г.