General Electric YF120 - General Electric YF120

YF120
YF120.jpg
YF120 im National Museum der US Air Force
Typ Turbofan mit variablem Zyklus
nationale Herkunft Vereinigte Staaten
Hersteller Allgemeine Elektrik
Erster Lauf 1980er Jahre
Hauptanwendungen Lockheed YF-22
Northrop YF-23
Entwickelt zu General Electric/Rolls-Royce F136

Der General Electric Yf120 , intern als Designated GE37 , war ein variabler Zyklus Nachverbrennung Turbofan - Motor von entworfen General Electric Aircraft Engines in den späten 1980er / Anfang der 1990er Jahre für die United States Air Force ‚s Advanced Tactical Kämpfer (ATF) Programm. Prototypen von Triebwerken wurden in die beiden konkurrierenden Technologie-Demonstratorflugzeuge Lockheed YF-22 und Northrop YF-23 eingebaut .

Der konkurrierende F119 von Pratt & Whitney wurde dem F120 vorgezogen, um das ATF anzutreiben, das zum F-22 Raptor wurde .

Geschichte

Entwicklung

General Electric (GE) begann in den frühen 1980er Jahren mit der Entwicklung des GE37, das die Grundlage der XF120 und YF120 werden sollte, für das Joint Advanced Fighter Engine (JAFE)-Programm, das das Triebwerk für den Advanced Tactical Fighter (ATF) der Air Force liefern sollte . Die im F120-Design verwendete Kerntechnologie wurde während zweier Industrieprogramme entwickelt, dem Advanced Technology Engine Gas Generator (ATEGG) und dem Joint Technology Demonstration Engine (JTDE) Programm. Das Design sollte den anspruchsvollen Supercruise- Anforderungen der ATF gerecht werden. Dies bedeutete, dass das Triebwerk eine große Menge an Trockenschub (ohne Nachbrenner) erzeugen musste und daher einen hohen Wirkungsgrad außerhalb der Auslegung ("Design" als Standard-Reisebedingungen) aufweisen musste. Im Gegensatz zum Konkurrenten Pratt & Whitney entschied sich GE gegen die Entwicklung eines konventionellen Turbofans mit festem Bypass und entschied sich stattdessen für die Konstruktion eines Triebwerks mit variablem Zyklus . Weitere Innovationen umfassen die Verwendung von einteiligen Scheiben- und Rotorblattanordnungen oder "Blisks" in den Lüfter- und Verdichterstufen, um die Leistung und Lebensdauer zu erhöhen sowie das Gewicht und die Anzahl der Teile zu reduzieren. Das ursprüngliche RFP forderte maximale Schubkraft in der Klasse von 30.000 lbf (133 kN).

Aufgrund des zunehmenden Gewichts des ATF wurde der Schubbedarf um 20 % auf die Klasse 35.000 lbf (156 kN) erhöht, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen. Das Design von GE wurde geändert, um einen 12% größeren Lüfter zu integrieren, um den Luftstrom sowie die Kühlluft, insbesondere für die Düsen, zu erhöhen. Für Flugdemonstrationen wurden YF120s mit dem größeren Lüfter ausgestattet, im Gegensatz zum YF119, der seinen ursprünglichen kleinen Lüfter verwendete. Infolgedessen hatten beide Demonstratorflugzeuge mit den YF120 eine höhere Leistung als mit den YF119. Die YF120 trieb die YF-22 und die YF-23 auf Supercruise-Geschwindigkeiten von Mach 1,58 bzw. Mach 1,6+ an. Während das YF120-Triebwerk nie in Produktion ging, wurde es in der YF-22 für die Demonstrationen mit hohem Anstellwinkel eingebaut.

Die Engineering & Manufacturing Development (EMD)-Konfiguration des F120 wurde im Dezember 1990 getestet. Komponentenverbesserungen ermöglichten es, YF120-Schubniveaus bei niedrigeren Temperaturen zu erreichen. Die USAF entschied sich schließlich für den F119-Vorschlag von Pratt & Whitney für die umfassende Entwicklung und Produktion. Das ehrgeizigere Design des F120 wurde als riskanter eingestuft, und General Electric sammelte auch weniger Teststunden als Pratt & Whitney.

Weiterentwicklungen

Der YF120 wurde auch als Basis für ein exotischeres Triebwerk vorgeschlagen, das Turbinen-Based Combined Cycle (TBCC)-Triebwerk, das in Demonstrationsflugzeugen wie dem X-43B und zukünftigen Hyperschallflugzeugen verwendet werden sollte. Konkret sollte der YF120 die Basis für den Revolutionary Turbine Accelerator (RTA-1) sein. Die im YF120 verwendete Variable-Cycle-Technologie würde erweitert, um das Triebwerk nicht nur zu einem Turbojet, sondern auch zu einem Staustrahltriebwerk zu machen . In diesem Modus würde der gesamte Luftstrom den Kern umgehen und in den nachbrennerartigen "Hyperburner" umgeleitet werden, wo er wie ein Staustrahl verbrannt würde. Dieses vorgeschlagene Triebwerk sollte in acht Minuten von 0 auf Mach 4,1 (bei 56.000 ft) beschleunigen.

Die Technologie des YF120 wurde auf nachfolgende GE-Designs angewendet; In den 1990er Jahren begannen GE und Rolls-Royce gemeinsam mit der Entwicklung des F136- Triebwerks für das Joint Strike Fighter- Programm. Während der F136 aus den Erfahrungen des YF120 schöpft, ist er ein konventionelles Design mit festem Bypass; es nutzte auch Fortschritte in der Turbinentriebwerkstechnologie aus dem Programm Integrated High Performance Turbine Engine Technology (IHPTET), das Weiterentwicklungen von ATEGG und JTDE fortsetzte. Trotz besserem Leistungspotenzial als der etablierte Pratt & Whitney F135 wurde der F136 schließlich wegen fehlender Finanzierung abgesagt.

Obwohl das YF120 nicht für das ATF ausgewählt wurde, würde die USAF die Entwicklung der Technologie für Motoren mit variablem Zyklus durch die Versatile Affordable Advanced Turbine Engines (VAATE) vorantreiben, eine gemeinsame Anstrengung von Regierung und Industrie, die darauf abzielt, den zukünftigen Bedarf an Turbinenmotoren zu decken. Im Rahmen der VAATE würde das Programm Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT) die Entwicklung der Turbinentriebwerkstechnologie mit variablem Zyklus zu einer adaptiven Dreistromarchitektur fortsetzen. Der nachfolgende Adaptive Engine Technology Demonstrator (AETD), das Adaptive Engine Transition Program (AETP) und der Next Generational Adaptive Propulsion (NGAP) führten zur Entwicklung des GE XA100 und des P&W XA101 für eine potenzielle Neumotorisierung der Lockheed Martin F-35 und adaptive Triebwerke für die Programme Next Generation Air Dominance und F/A-XX , Nachfolger des ATF.

Entwurf

Überblick

Der YF120 ist ein Doppelspulen-Axialstrom-Nachverbrennungs-Turbofan. Die Konstruktion besteht aus einem zweistufigen Fan, der von der einstufigen Niederdruckturbine angetrieben wird, und einem fünfstufigen Fan/Kompressor, der von der einstufigen Hochdruckturbine angetrieben wird; insbesondere hat das Triebwerk zwei Bypasskanäle, die sich vorne und hinten an der ersten Verdichterstufe des Hochdruckschiebers befinden, auch bekannt als kerngetriebene Lüfterstufe. Die ringförmige Brennkammer ist eine Doppelkuppelkonstruktion. Die Hoch- und Niederdruckschieber drehen sich gegenläufig, wodurch die stationären Leitschaufeln zwischen den Turbinen entfallen und die Anzahl der Teile verringert wird. Der Motor wird von einem dreikanaligen kraftstoffgekühlten Full Authority Digital Engine Control (FADEC)-System gesteuert.

Das Triebwerk der YF-22 verfügte über eine zweidimensionale Schubvektordüse . Die Düse ermöglichte ein Vektorisieren in der Steigungsrichtung. Diese Fähigkeit verlieh dem Flugzeug, in das es eingebaut wurde, einen ernsthaften Vorteil in der Nickagilität, indem das dem Flugzeug zur Verfügung stehende Bugnickmoment stark erhöht wurde. Das Nickmoment wird traditionell vom Höhenleitwerk (und/oder Canard, falls zutreffend) erzeugt, aber mit einer Schubvektor-Düse kann dieses Moment durch den Schub des Triebwerks verstärkt werden. Während der Demonstrationen der YF-22 mit hoher AoA flog das YF120-Motorflugzeug mit einer getrimmten AoA von 60 Grad bei 82 Knoten. In dieser Fluglage konnte das Flugzeug Beherrschbarkeit demonstrieren. Spätere Analysen ergaben, dass das Flugzeug einen kontrollierten, getrimmten Flug bis zu einem Anstellwinkel von 70 Grad hätte beibehalten können.

Variabler Zyklus

Das variable Zyklussystem des YF120 funktionierte, indem das Bypassverhältnis des Triebwerks für verschiedene Flugregime variiert wurde, wodurch das Triebwerk entweder wie ein Turbofan mit niedrigem Bypass oder fast wie ein Turbojet wirken konnte . Als Turbofan mit niedrigem Bypass (wie Wettbewerber F119 ) funktionierte das Triebwerk ähnlich wie vergleichbare Triebwerke, wobei der hintere Bypasskanal hinter der kerngetriebenen Fanstufe offen war. Bei Bedarf könnte das Triebwerk jedoch mehr Luftstrom durch den heißen Kern des Triebwerks (wie ein Turbojet) leiten, indem es den hinteren Bypass-Kanal schließt, wodurch der spezifische Schub des Triebwerks erhöht wird . Dies machte das Triebwerk in großer Höhe und mit hohem Schub effizienter als ein herkömmlicher Turbofan mit niedrigem Bypass. Die Druckanpassung zwischen Ventilator und Kern wurde durch einen Bypass-Injektor mit variabler Fläche (VABI) durchgeführt.

Ein erwarteter Nachteil dieses Systems mit variablem Zyklus wäre eine erhöhte Komplexität und ein erhöhtes Gewicht. GE behauptet, dem entgegengewirkt zu haben, indem einfache druckbetriebene Ventile anstelle von komplexen mechanisch betätigten Ventilen verwendet wurden, um den Luftstrom umzuleiten. GE erklärte, dass dieses System dazu führte, dass das System mit variablem Zyklus dem Motor nur 10 lb hinzufügte. Darüber hinaus wurde erwartet, dass ein F120-Serienmotor 40% weniger Teile hat als der F110- Motor.

Anwendungen

Spezifikationen (YF120)

Daten von Aronstein, Pace, Norris

Allgemeine Eigenschaften

  • Typ: Doppelspule, Axialströmung, variabler Zyklus, verstärkter Turbofan
  • Länge: 166,8 Zoll (4.237 mm)
  • Durchmesser: 42 Zoll (1.067 mm)
  • Trockengewicht: 4.100 lb (1.860 kg)

Komponenten

Leistung

Siehe auch

Zugehörige Entwicklung

Vergleichbare Motoren

Verwandte Listen

Verweise

  • GE enthüllt Staustrahl-Design für Shuttle Technology News Flight International 23/09/03 .
  • Aronstein, David C.; Hirschberg, Michael J. (1998). Advanced Tactical Fighter to F-22 Raptor: Origins of the 21st Century Air Dominance Fighter . Arlington, Virginia: Amerikanisches Institut für Luftfahrt und Astronomie. ISBN 978-1-56347-282-4.
  • Tempo, Steve (2016). Das große Buch der X-Bomber & X-Fighter: USAF-Experimentalflugzeuge mit Jetantrieb und ihre Antriebssysteme . Voyageur-Presse. ISBN 9780760351420.

Externe Links

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