Pratt & Whitney F135 - Pratt & Whitney F135

F135
Sdd f135 018.jpg
F135-Engine während der JSF-Systementwicklungs- und Demonstrationsphase (SDD)
Typ Turbofan
nationale Herkunft Vereinigte Staaten
Hersteller Pratt & Whitney
Hauptanwendungen Lockheed Martin F-35 Lightning II
Entwickelt aus Pratt & Whitney F119

Der Pratt & Whitney F135 ist ein Turbofan mit Nachverbrennung, der für die Lockheed Martin F-35 Lightning II , ein einmotoriges Kampfflugzeug, entwickelt wurde. Es hat zwei Varianten; Eine herkömmlichen Take-Off and Landing ( CTOL ) Variante in dem F-35A und F-35C verwendet, und ein Zweitakt - Short Take-Off Vertical Landing ( STOVL ) Variante in dem F-35B verwendet , die einen nach vorne gerichteten Hubgebläses . Die ersten Serienmotoren wurden 2009 ausgeliefert.

Entwickelt aus dem Pratt & Whitney F119- Triebwerk, das auf der F-22 Raptor verwendet wird , produziert die F135 rund 40.000 lbf (191 Kn) Schub. Der F135 konkurrierte mit dem General Electric/Rolls-Royce F136 , um den F-35 anzutreiben .

Entwicklung

Die F135 wurde von Lockheed Corporation Skunk Works entwickelt , um im Rahmen eines DARPA- Programms von 1986 einen heimlichen STOVL-Angriffsjäger für das US Marine Corps zu entwickeln. Lockheed-Mitarbeiter Paul Bevilaqua entwickelte und patentierte ein Konzeptflugzeug und ein Antriebssystem und wandte sich dann an Pratt & Whitney (P&W), um ein Demonstrator-Triebwerk zu bauen. Der Bodentest-Demonstrator verwendete den Lüfter der ersten Stufe eines F119- Motors für den Hublüfter. Der Motorlüfter und der Kern von dem F100-220 wurden für den Kern des demonstrator Motors verwendet, und die größere Niederdruckturbine vom F100-229 wurde für die Niederdruckturbine des demonstrator Motors verwendet. Die größere Turbine wurde verwendet, um die zusätzliche Leistung bereitzustellen, die für den Betrieb des Hubgebläses erforderlich ist. Schließlich wurde das Demonstrator-Triebwerk „F100-229- Plus “ durch eine Ablenkdüse mit variablem Schub ergänzt . Dieser Motor bewies das Lift-Fan-Konzept und führte zur Entwicklung des aktuellen F135-Motors.

Das F135-Team besteht aus Pratt & Whitney , Rolls-Royce und Hamilton Sundstrand . Pratt & Whitney ist der Hauptauftragnehmer für das Haupttriebwerk und die Systemintegration. Rolls-Royce ist für das vertikale Auftriebssystem des STOVL-Flugzeugs verantwortlich. Hamilton Sundstrand ist verantwortlich für das elektronische Motorsteuerungssystem, das Betätigungssystem, das PMAG, das Getriebe und die Gesundheitsüberwachungssysteme. Woodward, Inc. ist für das Kraftstoffsystem verantwortlich.

P&W entwickelte die F135 aus ihrem F119 Turbofan, der die F-22 Raptor antreibt , als "F119-JSF". Der F135 integriert den F119-Kern mit neuen Komponenten, die für den JSF optimiert wurden. Der F135 wird in einem Werk in Middletown, Connecticut, zusammengebaut . Einige Teile des Motors werden in Longueuil , Quebec, Kanada und in Polen hergestellt.

Das F135-PW-600-Triebwerksmodell mit Hubgebläse , Rollsäulen und hinterer Vektorisierungsdüse, wie es für die F-35B V/STOL- Variante entwickelt wurde, auf der Paris Air Show 2007

Das erste Produktionsantriebssystem für den Betriebsdienst sollte 2007 ausgeliefert werden, um Kunden in den USA, Großbritannien und anderen internationalen Ländern zu bedienen. Die ersten F-35 gingen mit den F135-Triebwerken in Produktion, aber das GE / Rolls-Royce- Team plante im Juli 2009 die Entwicklung eines F136- Ersatztriebwerks . Im Jahr 2010 plante das Pentagon, die beiden Antriebssysteme im Wettbewerb auszuschreiben. Seit 2006 hat das Verteidigungsministerium jedoch keine Finanzierung für das alternative F136-Triebwerksprogramm beantragt, aber der Kongress hat die Programmfinanzierung beibehalten.

Ein F135-PW-100-Triebwerk wird bei AEDC getestet

Ab 2009 hat P&W eine haltbarere Version des F135-Motors entwickelt, um die Lebensdauer wichtiger Teile zu erhöhen. Die Lebensdauer der Teile wurde reduziert, da die heißen Triebwerke (insbesondere Brennkammer- und Hochdruckturbinenschaufeln) heißer liefen als erwartet. Die Test-Engine trägt die Bezeichnung XTE68/LF1 , und die Tests werden voraussichtlich 2010 beginnen. Diese Neukonstruktion hat zu einem „erheblichen Kostenwachstum“ geführt.

P&W erwartet, den F135 unter den Kosten des F119 zu liefern, obwohl es sich um einen stärkeren Motor handelt. Im Februar 2013 wurde jedoch bei einer geplanten Inspektion eine rissige Turbinenschaufel gefunden. Der Riss wurde durch einen längeren Betrieb bei hohen Turbinentemperaturen als üblich verursacht. Im Dezember 2013 versagte die hohle Fan Blisk der ersten Stufe bei 77% ihrer erwarteten Lebensdauer während eines Bodentests. Es wird durch ein massives Teil ersetzt, das 2,7 kg Gewicht hinzufügt. Im Jahr 2013 wurde ein ehemaliger P&W-Mitarbeiter beim Versuch erwischt, „zahlreiche Kisten“ mit sensiblen Informationen über die F135 in den Iran zu schicken.

Trotz der Schwierigkeiten wurde 2013 das 100. Triebwerk ausgeliefert. LRIP-6 wurde 2013 für 1,1 Milliarden US-Dollar für 38 Triebwerke verschiedener Typen vereinbart, was dazu beitrug, die Stückkosten zu senken.

Air Force Generalleutnant Christopher C. Bogdan, der Executive Officer des F-35-Programms, hat P&W wegen mangelnder Fertigungsqualität der Triebwerke und langsamer Lieferungen vorgeworfen. Sein stellvertretender Direktor, Konteradmiral Randy Mahr, sagte, dass P&W seine Bemühungen um Kostensenkung eingestellt habe, nachdem "sie das Monopol bekommen haben". Im Jahr 2013 stieg der Preis des F135 um 4,3 Milliarden US-Dollar.

Im Mai 2014 entdeckte Pratt & Whitney widersprüchliche Unterlagen über die Herkunft des Titanmaterials, das in einigen seiner Triebwerke, einschließlich des F135, verwendet wurde. Das Unternehmen schätzte ein, dass die Ungewissheit kein Risiko für die Flugsicherheit darstelle, stellte jedoch die Triebwerkslieferungen ein. Bogdan unterstützte die Maßnahmen von P&W und sagte, das Problem liege jetzt bei A&P Alloys, dem Lieferanten. Die US Defense Contract Management Agency schrieb im Juni 2014, dass Pratt & Whitneys "anhaltend schlechtes Lieferantenmanagement ein Hauptgrund für die Zunahme potenzieller Problemmeldungen ist". A&P Alloys gab an, hinter ihrem Produkt zu stehen, obwohl sie keinen Zugang zu den Teilen erhielten, um ihre eigenen Tests durchzuführen. Tracy Miner, eine Anwältin der in Boston ansässigen Demeo LLP, die A&P Alloys vertritt, sagte: "Es ist offensichtlich unfair, das Geschäft von A&P zu zerstören, ohne A&P Zugang zu den fraglichen Materialien zu gewähren."

Im Juli 2014 kam es während der Startvorbereitung des Flugzeugs zu einem ungebremsten Ausfall eines Fanrotors. Die Teile passierten einen Kraftstofftank und verursachten ein Feuer, das die F-35-Flotte auf den Boden legte. Während des Manövrierens mit hoher g- Zahl drei Wochen vor dem Flug verursachte ein Durchbiegen des Triebwerks eine übermäßige Reibung an der Dichtung zwischen der Fan-Blisk und dem Fan-Stator, was den drohenden Ausfall auslöste. Der Abrieb verursachte eine Temperatur von über 1.000 °C (1.900 °F), weit über der Materialgrenze von 540 °C (1000 °F). Laut Programmmanager Christopher Bogdan traten in den Lüfterflügeln der dritten Stufe Mikrorisse auf, die dazu führten, dass sich die Flügel von der Scheibe lösten. Die ausgefallenen Rotorblätter durchbohrten die Brennstoffzelle und heiße Luft, die sich mit Kerosin vermischte, verursachte das Feuer. Als kurzfristige Lösung wird jedes Flugzeug mit einem bestimmten Flugprofil geflogen, damit die Rotordichtung eine passende Nut im Stator tragen kann, um übermäßiges Reiben zu verhindern.

Pratt & Whitney gelang es, ihre Produktionsziele für 2015 zu erreichen, aber "wiederkehrende Qualitätsprobleme bei der Herstellung" bei Turbinenschaufeln und elektronischen Steuerungssystemen erforderten, dass Triebwerke aus der Flotte genommen wurden.

Entwurf

Schubvektordüse der Variante F135-PW-600 STOVL
Diagramm F-35B und kleinere angetriebene Hebe Flugzeuge

Abgeleitet vom F119-Triebwerk ist der F135 ein Mischstrom-Nachverbrennungs-Turbofan mit einem neuen Fan und einer ND-Turbine.

Es gibt 2 F135-Varianten: den -100-Motor und den -600-Motor. Andere Quellen erwähnen einen -400-Motor, ähnlich dem -100, wobei der Hauptunterschied die Verwendung von salzkorrosionsbeständigen Materialien ist. Der -600 wird unten mit einer Erklärung der Motorkonfigurationsänderungen beschrieben, die für den Schwebeflug durchgeführt werden. Das Triebwerk und das Rolls-Royce LiftSystem bilden das Integrated Lift Fan Propulsion System (ILFPS).

Der Auftrieb für die STOVL-Version im Schwebeflug wird von einem 2-stufigen Auftriebsgebläse (ca. 46 %) vor dem Triebwerk, einer vektorisierenden Abgasdüse (ca Bypasskanal (ca. 8%). Diese relativen Beiträge zum Gesamtauftrieb basieren auf Schubwerten von 18.680 lb, 18.680 lb bzw. 3.290 lb. Eine andere Quelle gibt Schubwerte von 20.000 lb, 18.000 lb bzw. 3.900 lb an.

In dieser Konfiguration wird der größte Teil des Nebenstroms zu den Flügeldüsen, den sogenannten Rollposts, geleitet. Ein Teil wird zur Kühlung der hinteren Ausblasdüse verwendet, die als 3-Lager-Schwenkkanaldüse (3BSD) bekannt ist. Gleichzeitig wird an der Oberseite des Flugzeugs ein Hilfseinlass geöffnet, um dem Triebwerk während des Schwebeflugs mit geringer Verzerrung zusätzliche Luft zuzuführen.

Die ND-Turbine treibt den Hublüfter über eine Wellenverlängerung an der Vorderseite des ND-Rotors und eine Kupplung an. Das Triebwerk arbeitet als separater Turbofan mit einem höheren Bypassverhältnis. Die Leistung zum Antrieb des Gebläses (ca. 30.000 SHP) wird aus der ND-Turbine durch Vergrößerung der heißen Düsenfläche gewonnen.

Ein höheres Bypassverhältnis erhöht den Schub bei gleicher Triebwerksleistung als grundlegende Folge der Leistungsübertragung von einem Treibstrahl mit kleinem Durchmesser auf einen Strahl mit größerem Durchmesser. Wenn sich die F135 im Schwebeflug befindet und das deutlich erhöhte Bypassverhältnis des Auftriebsfans verwendet, beträgt die Schuberhöhung 50% ohne Erhöhung des Treibstoffflusses. Die Schuberhöhung beträgt im konventionellen Flug 52%, wenn der Nachbrenner verwendet wird, jedoch mit einem starken Anstieg des Treibstoffflusses.

Die Übertragung von ca. 13 der für den Heißdüsenschub zur Verfügung stehenden Leistung auf das Auftriebsgebläse reduziert die Temperatur und Geschwindigkeit des auf den Boden auftreffenden Heckauftriebsstrahls. Die F-35 kann ohne Nachbrenner von Mach 1,2 für 150 Meilen eine begrenzte 100%-Gasreise erreichen.

Wie der F119 verfügt auch der F135 über einen heimlichen Verstärker, bei dem herkömmliche Sprühbalken und Flammenhalter durch dicke gebogene Flügel ersetzt werden, die mit keramischen Radar-absorbierenden Materialien (RAM) beschichtet sind . In diese Leitschaufeln sind Nachbrenner-Brennstoffinjektoren integriert, die die Sichtlinie der Turbinen blockieren und zur Tarnung des Hecksektors beitragen. Die axialsymmetrische Düse besteht aus fünfzehn sich teilweise überlappenden Klappen, die an der Hinterkante ein Sägezahnmuster erzeugen. Dies erzeugt abgeworfene Wirbel und reduziert die Infrarotsignatur der Abgasfahne. Die Effektivität soll mit der der Keildüsen des F119 vergleichbar sein, dabei aber wesentlich kostengünstiger und wartungsärmer sein.

Der Motor nutzt thermo -gestützte Sensoren zu überwachen Turbinenlager Gesundheit.

Die Verbesserung der Motorzuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit ist ein Hauptziel des F135. Der Motor hat weniger Teile als vergleichbare Motoren, was die Zuverlässigkeit verbessert. Alle Line-Replaceable Components (LRCs) können entfernt und mit einem Satz von sechs gängigen Handwerkzeugen ersetzt werden. Das Gesundheitsmanagementsystem des F135 wurde entwickelt, um Wartungspersonal vor Ort Echtzeitdaten bereitzustellen. Auf diese Weise können sie Probleme beheben und Ersatzteile vorbereiten, bevor das Flugzeug zur Basis zurückkehrt. Laut Pratt & Whitney können diese Daten dazu beitragen, die Fehlerbehebungs- und Austauschzeit drastisch zu verkürzen, bis zu 94 % gegenüber älteren Motoren.

Geplante Verbesserungen

Obwohl kein Dienst eine Anforderung für ein verbessertes Triebwerk gestellt hat, arbeiten Pratt und Whitney mit der US Navy an einem Zwei-Block-Verbesserungsplan für das F135-Triebwerk. Die Ziele von Block 1 sind eine 7–10 % höhere Schubkraft und ein 5–7 % geringerer Treibstoffverbrauch. Die Pläne umfassen eine bessere Kühltechnologie für Turbinenschaufeln; dies würde die Lebensdauer des Motors erhöhen und die Wartungskosten erheblich reduzieren. Das Ziel von Block 2 ist es, mit dem Adaptive Engine Transition Program der US Air Force zusammenzuarbeiten, mit der Absicht, Technologie für ein Triebwerk mit einer Schubkraft von 45.000 lb einzuführen, das in einem Jagdflugzeug der sechsten Generation verwendet werden soll.

Wachstumsoptionen

GO1

Ende Mai 2017 gaben Pratt und Whitney bekannt, dass die F135 Growth Option 1 die Tests abgeschlossen hat und für die Produktion verfügbar ist. Das Upgrade erfordert den Austausch des Leistungsmoduls bei älteren Motoren und kann bei minimaler Erhöhung der Stückkosten und ohne Auswirkungen auf den Lieferplan nahtlos in zukünftige Serienmotoren eingefügt werden. Die Wachstumsoption 1 bietet eine Verbesserung des Schubs von 6-10% über den Flugbereich der F-35 und gleichzeitig eine Reduzierung des Treibstoffverbrauchs um 5-6%.

GO2

Im Juni 2018 kündigte United Technologies , die Muttergesellschaft von P&W, die Wachstumsoption 2.0 an, um die Kapazität des Leistungs- und Wärmemanagementsystems (PTMS) zu erhöhen und den Betreibern Optionen zu bieten, beispielsweise wenn sie auf schwerere Waffen aufrüsten möchten.

Varianten

  • F135-PW-100  : Wird in der F-35A-Variante für konventionelles Starten und Landen (CTOL) verwendet
  • F135-PW-400  : Wird in der Marinevariante F-35C mit salzkorrosionsbeständigen Materialien verwendet
  • F135-PW-600  : Wird in der F-35B Short Take-Off Vertical Landing Variante verwendet

Anwendungen

Spezifikationen (F135)

F135-PW-100

Daten von F135engine.com Tinker Air Force Base, American Society of Mechanical Engineers

Allgemeine Eigenschaften

  • Typ: Zwei-Spulen, Axialströmung, verstärkter Turbofan
  • Länge: 220 Zoll (559 cm)
  • Durchmesser: 46 Zoll (117 cm) max., 43 Zoll (109 cm) am Lüftereinlass
  • Trockengewicht: 1.701 kg

Komponenten

Leistung

  • Maximaler Schub :
    • 28.000 lbf (128 kN) militärischer Schub,
    • 43.000 lbf (191 kN) mit Nachbrenner
  • Gesamtdruckverhältnis : 28:1 Gesamtdruckverhältnis
  • Turbineneintrittstemperatur: 3.600 °F (1.980 °C; 2.260 K)
  • Schub-Gewichts-Verhältnis : 7,47:1 Militärschub, 11,47:1 verstärkt

F135-PW-600

Daten von F135engine.com , Tinker AFB, American Society of Mechanical Engineers

Allgemeine Eigenschaften

  • Typ: Zwei-Spulen-Axialstrom-Verstärkter Turbofan mit wellengetriebenem Remote-Lift-Fan
  • Länge: 369 Zoll (937,3 cm)
  • Durchmesser: maximal 46 Zoll (116,8 cm), 43 Zoll (109,2 cm) Lüftereinlass, 53 Zoll (134,6 cm) Hublüftereinlass
  • Trockengewicht:

Komponenten

Leistung

  • Maximaler Schub :
    • 27.000 lbf (120 kN) militärischer Schub
    • 41.000 lbf (182 kN) mit Nachbrenner
    • 40.650 lbf (181 kN) schwebend
  • Gesamtdruckverhältnis : 28:1 Gesamtdruckverhältnis (konventionell), 29:1 Gesamtdruckverhältnis (angetriebener Aufzug),
  • Turbineneintrittstemperatur: 3.600 °F (1.980 °C; 2.260 K)
  • Leistungsgewicht :

Siehe auch

Zugehörige Entwicklung

Vergleichbare Motoren

Verwandte Listen

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links