Pratt & Whitney F135

Pratt & Whitney F135, Lockheed Martin F-35 Lightning II için tek motorlu bir saldırı savaşçısı için geliştirilmiş bir art yakıcı turbofandır. F-35A ve F-35C'de kullanılan Geleneksel Kalkış ve İniş (CTOL) varyantı ve ileri kaldırma fanı içeren F-35B'de kullanılan iki döngülü Kısa Kalkış Dikey İniş (STOVL) varyantı olmak üzere iki çeşidi vardır. İlk üretim motorları 2009 yılında teslim edildi.
F-22 Raptor'da kullanılan Pratt & Whitney F119 motorundan geliştirilen F135, yaklaşık 40.000 lbf itme kuvveti üretir. F135, F-35'e güç sağlamak için General Electric / Rolls-Royce F136 ile yarıştı.
Geliştirme
F135, 1986 DARPA programı kapsamında ABD Deniz Piyadeleri için gizli bir STOVL grev savaşçısı geliştirme çabalarıyla Lockheed Corporation Skunk Works ile ortaya çıktı. Lockheed çalışanı Paul Bevilaqua bir konsept uçak ve tahrik sistemi geliştirdi ve patentini aldı ve ardından bir gösteri motoru yapmak için Pratt & Whitney'e (P&W) başvurdu. Yer testi göstericisi, asansör fanı için bir F119 motorundan birinci kademe fanını kullandı. F100-220'nin motor fanı ve göbeği, gösterici motorun çekirdeği için kullanıldı ve F100-229'dan daha büyük düşük basınç türbini, gösterici motorun düşük basınç türbini için kullanıldı. Kaldırma fanını çalıştırmak için gereken ek gücü sağlamak için daha büyük türbin kullanıldı. Son olarak, "F100-229-Plus" gösterici motorunu tamamlamak için değişken bir itme saptırma nozulu eklendi. Bu motor, kaldırma fanı konseptini kanıtladı ve mevcut F135 motorunun geliştirilmesine yol açtı.
F135 ekibi Pratt & Whitney Rolls-Royce ve Hamilton Sundstrand'dan oluşuyor. Pratt & Whitney, ana motor ve sistem entegrasyonunun ana yüklenicisidir. Rolls-Royce, STOVL uçağı için dikey kaldırma sisteminden sorumludur. Hamilton Sundstrand, elektronik motor kontrol sistemi çalıştırma sistemi PMAG dişli kutusu ve sağlık izleme sistemlerinden sorumludur. Woodward Inc. yakıt sisteminden sorumludur.
P&W, F135'i "F119-JSF" olarak F-22 Raptor'a güç veren F119 turbofanından geliştirdi. F135, F119 çekirdeğini JSF için optimize edilmiş yeni bileşenlerle entegre eder. F135, Middletown Connecticut'taki bir fabrikada toplandı. Motorun bazı parçaları Longueuil, Quebec, Kanada ve Polonya'da üretilmektedir.
Operasyonel hizmet için ilk üretim tahrik sisteminin, ABD, İngiltere ve diğer uluslararası müşterilere hizmet vermek amacıyla 2007'de teslim edilmesi planlandı. İlk F-35'ler F135 motorlarıyla üretime girdi ancak GE / Rolls-Royce ekibi, Temmuz 2009'da yeni bir F136 motoru geliştirmeyi planladı. 2010 yılında Pentagon, iki tahrik sisteminin rekabetçi bir şekilde ihaleye çıkarılmasını planladı. Ancak 2006'dan beri Savunma Bakanlığı, alternatif F136 motor programı için fon talep etmedi, ancak Kongre program finansmanını sürdürdü.
2009 itibarıyla P&W, anahtar parçaların hizmet ömrünü uzatmak için F135 motorunun daha dayanıklı bir versiyonunu geliştirdi. Motorun sıcak bölümleri (özellikle yanma odası ve yüksek basınçlı türbin kanatları) beklenenden daha sıcak olduğu için parçaların kullanım ömrü kısaldı. Test motoru XTE68 / LF1 olarak adlandırıldı ve testin 2010 yılında başlaması bekleniyor. Bu yeniden tasarım, önemli maliyet artışına neden oldu.
P&W, daha güçlü bir motor olmasına rağmen F135'i F119'un maliyetinin altında teslim etmeyi umuyor. Ancak Şubat 2013'te programlı bir inceleme sırasında türbin kanadı çatlamış bulundu. Çatlak, normalden daha uzun süre yüksek türbin sıcaklıklarında çalışmaktan kaynaklanıyordu. Aralık 2013'te içi boş birinci aşama fan blisk, bir zemin testi sırasında beklenen ömrünün% 77'sinde başarısız oldu. Ağırlığı 6 lb (2,7 kg) ekleyen katı bir parça ile değiştirilecektir. 2013 yılında eski bir P&W çalışanı, F135 hakkında çok sayıda hassas bilgi kutusu İran'a göndermeye çalışırken yakalandı.
Tüm sıkıntılara rağmen 2013 yılında 100. motor teslim edildi. LRIP-6, birim maliyetin düşürülmesine yardımcı olan çeşitli tipteki 38 motor için 2013 yılında 1.1 milyar $ 'a kararlaştırıldı.
F-35 programının icra memuru Hava Kuvvetleri Korgenerali Christopher C. Bogdan, P & W'yi motorların üretim kalitesinde yetersiz kaldığı ve teslimatları yavaşladığı için çağırdı. Müdür yardımcısı Tuğamiral Randy Mahr, P & W'nin tekeli aldıktan sonra maliyetleri düşürme çabalarını durdurduğunu söyledi. 2013 yılında F135'in fiyatı 4,3 milyar dolar arttı.
Mayıs 2014'te Pratt & Whitney, F135 de dahil olmak üzere bazı motorlarında kullanılan titanyum malzemenin kökeni hakkında çelişkili belgeler keşfetti. Şirket, belirsizliğin uçuş güvenliği için bir risk oluşturmadığını değerlendirdi, ancak sonuç olarak motor teslimatlarını askıya aldı. Bogdan, P & W'nin eylemlerini destekledi ve sorunun artık tedarikçi A&P Alloys'ta olduğunu söyledi. ABD Savunma Sözleşmesi Yönetim Ajansı, Haziran 2014'te, Pratt & Whitney'in "tedarikçilerin kötü yönetimini sürdürmesinin, artan potansiyel sorun bildirimleri için birincil itici güç olduğunu" yazdı. A&P Alloys, kendi testlerini yapmaları için parçalara erişim izni verilmemesine rağmen ürünlerinin arkasında durduklarını belirtti. A&P Alloys'u temsil eden Boston merkezli Demeo LLP'nin avukatı Tracy Miner, "A & P'nin söz konusu malzemelere erişmesine izin vermeden A & P'nin işini yok etmenin açık bir şekilde haksızlık olduğunu" söyledi.
Temmuz 2014'te, uçak kalkışa hazırlanırken fan rotorunda kontrolsüz bir arıza meydana geldi. Parçalar bir yakıt tankından geçerek F-35 filosunu topraklayan bir yangına neden oldu. Motorun uçuştan üç hafta önce yüksek g kuvveti manevrası sırasında, fan blisk ve fan statoru arasındaki sızdırmazlıkta aşırı sürtünmeye neden olarak yaklaşan arızayı başlattı. Sürtünme, 540 C (1.000 F) olan malzeme sınırının çok ötesinde 1.000 C'nin (1.900 F) üzerinde bir sıcaklığa neden oldu. Program yöneticisi Christopher Bogdan'a göre, üçüncü aşama fan kanatlarında mikro çatlaklar oluştu ve kanatların diskten ayrılmasına neden oldu. Arızalı kanatlar yakıt hücresini deldi ve jet yakıtı ile karışan sıcak hava yangına neden oldu. Kısa vadeli bir düzeltme olarak, rotor contasının aşırı sürtünmeyi önlemek için statorda bir eşleşme oluğu takmasına izin vermek için her uçak belirli bir uçuş profili üzerinde uçurulur.
Pratt & Whitney 2015 üretim hedeflerine ulaşmayı başardı, ancak türbin kanatlarında ve elektronik kontrol sistemlerinde "tekrar eden üretim kalitesi sorunları", motorların filodan çekilmesini gerektiriyordu.
Tasarım
F119 motorundan türetilen F135, yeni bir fan ve LP türbini ile karışık akışlı bir türbofandır.
-100 motor ve -600 motor olmak üzere 2 F135 varyantı vardır. Diğer kaynaklar, -100'e benzer bir -400 motordan bahsediyor; en büyük fark, tuzlu korozyona dayanıklı malzemelerin kullanılmasıdır. -600, gezinme için meydana gelen motor konfigürasyon değişikliklerinin bir açıklamasıyla aşağıda açıklanmaktadır. Motor ve Rolls-Royce LiftSystem, Entegre Kaldırma Fanı Tahrik Sistemini (ILFPS) oluşturur.
Vurgulu STOVL versiyonu için kaldırma, motorun önündeki 2 kademeli bir kaldırma fanından (yaklaşık% 46), bir vektörleme egzoz nozulundan (yaklaşık% 46) ve baypas kanalından gelen fan havası kullanılarak her kanatta bir nozuldan (yaklaşık% 8) elde edilir. TToplam kaldırmaya yapılan bu nispi katkılar, sırasıyla 18.680 lb, 18.680 lb ve 3.290 lb'lik itme değerlerine dayanmaktadır. Başka bir kaynak, sırasıyla 20,000 lb, 18,000 lb ve 3,900 lb itme değerleri verir.
Bu konfigürasyonda baypas akışının çoğu, rulo direkleri olarak bilinen kanat nozullarına yönlendirilir. Bazıları, 3 yataklı döner kanal nozulu (3BSD) olarak bilinen arka egzoz nozülünü soğutmak için kullanılır. Aynı zamanda uçağın üstünde, havada asılı kalma sırasında düşük distorsiyonla motora ek hava sağlamak için yardımcı bir giriş açılır.
LP türbini, kaldırma fanını LP rotorunun önündeki bir şaft uzantısı ve bir kavrama boyunca tahrik eder. Motor, daha yüksek baypas oranına sahip ayrı bir akış turbofanı olarak çalışır. Sıcak nozul alanı artırılarak, fanı çalıştırma gücü (yaklaşık 30.000 SHP) LP türbininden elde edilir.
Daha yüksek bir baypas oranı, gücün küçük çaplı bir itici jetten daha büyük çaplı bir jetlere aktarılmasının temel bir sonucu olarak aynı motor gücü için itme kuvvetini artırır. FF135 havada iken, liftfan itme artışından önemli ölçüde artırılmış baypas oranını kullanarak yakıt akışında artış olmaksızın %50'dir. Konvansiyonel uçuşta art yakıcı kullanılırken itme artışı %52'dir ancak yakıt akışında büyük bir artış vardır.
Sıcak nozul itişi için mevcut gücün yaklaşık 1⁄3'ünün kaldırma fanına aktarılması, yere çarpan arka kaldırma jetinin sıcaklığını ve hızını azaltır. F-35, 150 mil boyunca Mach 1.2'lik art yakıcılar olmadan sınırlı bir% 100 gaz kelebeği seyir elde edebilir.
F119 gibi, F135 de geleneksel püskürtme çubuklarının ve alev tutucuların yerini seramik radar emici malzemelerle (RAM) kaplı kalın kavisli kanatların aldığı gizli bir artırıcıya sahiptir. Art yakıcı yakıt enjektörleri, türbinlerin görüş hattını bloke ederek arka sektörün gizliliğine katkıda bulunan bu kanatlara entegre edilmiştir. Eksenel simetrik nozül, arka kenarda bir testere dişi deseni oluşturan on beş kısmen üst üste binen kanattan oluşur. Bu, atılan girdaplar yaratır ve egzoz dumanının kızılötesi imzasını azaltır. Verimlilik bildirildiğine göre F119'un kamalı nozüllerininki ile karşılaştırılabilirken, önemli ölçüde daha uygun maliyetli ve daha az bakım gerektirmektedir.
Motor, türbin yatağının sağlığını izlemek için termoelektrik enerjili sensörler kullanır.
Motor güvenilirliğini ve bakım kolaylığını artırmak, F135 için ana hedeftir. Motor, benzer motorlara göre daha az parçaya sahiptir ve bu da güvenilirliği artırır. Hattın değiştirilebilir tüm bileşenleri (LRC'ler) çıkarılabilir ve altı ortak el aleti seti ile değiştirilebilir. F135'in sağlık yönetim sistemi, sahadaki bakımcılara gerçek zamanlı veriler sağlamak için tasarlanmıştır. Bu, uçak üsse dönmeden önce sorunları gidermelerine ve yedek parçaları hazırlamalarına olanak tanır. Pratt & Whitney'e göre bu veriler, eski motorlara göre sorun giderme ve değiştirme süresini %94'e varan oranda azaltmaya yardımcı olabilir.
Planlanan iyileştirmeler
Hiçbir hizmet, yükseltilmiş bir motor için bir gereklilik yayınlamamasına rağmen, Pratt ve Whitney, ABD Donanması ile F135 motoru için iki bloklu bir iyileştirme planı üzerinde işbirliği yapmaktadır. Blok 1'in hedefleri, itme kuvvetinde %7-10 artış ve %5-7 daha az yakıt yanmasıdır. Planlar, türbin kanatları için daha iyi soğutma teknolojisini içeriyor; bu, motorun ömrünü uzatacak ve bakım maliyetlerini önemli ölçüde azaltacaktır. Blok 2'nin amacı, ABD Hava Kuvvetlerinin Uyarlanabilir Motor Geçiş Programı ile birlikte, altıncı nesil bir avcı uçağında kullanılmak üzere 45.000 lb itme gücüne sahip bir motor için teknoloji sunmak amacıyla çalışmaktır.
Büyüme seçenekleri
GO1
Mayıs 2017'nin sonunda Pratt and Whitney, F135 Growth Option 1'in testlerinin bittiğini ve üretime hazır olduğunu duyurdu. Yükseltme, eski motorlarda güç modülünün değiştirilmesini gerektirir ve birim maliyette minimum artışla ve teslimat programına hiçbir etkisi olmadan gelecekteki üretim motorlarına sorunsuz bir şekilde eklenebilir. Büyüme Seçeneği 1, F-35 uçuş zarfında %6-10 itme kuvveti sağlarken aynı zamanda 5-6 oranında yakıt yanması azaltma sağlar.
GO2
Haziran 2018'de, P & W'nin ana şirketi United Technologies, daha ağır silahlara geçmek isteyen operatörler için seçenekler sunan artırılmış güç ve termal yönetim sistemi (PTMS) kapasitesi sağlamaya yardımcı olmak için Growth Option 2.0'ı duyurdu.
Varyantlar
F135-PW-100 : F-35A Konvansiyonel Kalkış ve İniş (CTOL) varyantında kullanılır.
F135-PW-400 : Tuz korozyonuna dayanıklı malzemelerle yapılmış F-35C deniz modelinde kullanılır.
F135-PW-600 : F-35B Kısa Kalkış Dikey İniş varyantında kullanılır.
Uygulamalar
Lockheed Martin F-35 Yıldırım II
Özellikler (F135)
F135-PW-100
F135engine.com, Tinker Hava Kuvvetleri Üssü ve Amerikan Makine Mühendisleri Topluluğu'ndan alınan veriler.
Genel özellikler
Tür: İki makaralı, eksenel akışlı, artırılmış turbofan
Uzunluk: 220 inç (559 cm)
Çap: 46 inç (117 cm) maks., Fan girişinde 43 inç (109 cm)
Kuru ağırlık: 3.750 lb (1.701 kg)
Bileşenler
Kompresör: 3 aşamalı fan, 6 aşamalı yüksek basınçlı kompresör
Yakıcılar: halka şeklindeki yakıcı
Türbin: 1 aşamalı yüksek basınçlı türbin, 2 aşamalı düşük basınçlı türbin
Baypas oranı: 0.57: 1
Performans
Maksimum itme: 28.000 lbf (128 kN) askeri itme, 43.000 lbf (191 kN) art yakıcı ile
Genel basınç oranı: 28: 1 genel basınç oranı
Türbin giriş sıcaklığı: 3,600 F (1,980 C; 2,260 K)
İtme-ağırlık oranı: 7,47: 1 askeri itme, 11,47: 1 artırılmış
F135-PW-600
F135engine.com, Tinker Hava Kuvvetleri Üssü ve Amerikan Makine Mühendisleri Topluluğu'ndan alınan veriler.
Genel özellikler
Tür: İki makaralı, eksenel akışlı, şaftla çalışan uzaktan kaldırma fanlı artırılmış turbofan
Uzunluk: 937,3 cm (369 inç)
Çap: 46 inç (116,8 cm) maksimum, 43 inç (109,2 cm) fan girişi, 53 inç (134,6 cm) kaldırma fanı girişi
Kuru ağırlık:
Bileşenler
Kompresör: 3 kademeli fan, 6 kademeli yüksek basınçlı kompresör, 2 kademeli, ters dönüşlü, şaft tahrikli kaldırma fanı
Yakıcılar: halka şeklindeki yakıcı
Türbin: Tek kademeli yüksek basınç türbini, 2 kademeli düşük basınç türbini
Bypass oranı: 0,56: 1 geleneksel, 0,51: 1 elektrikli kaldırma
Performans
Maksimum itme: 27.000 lbf (120 kN) askeri itme, 41.000 lbf (182 kN) art yakıcı ile, 40.650 lbf (181 kN) gezinme
Genel basınç oranı: 28: 1 toplam basınç oranı (geleneksel), 29: 1 genel basınç oranı (güçlendirilmiş kaldırma),
Türbin giriş sıcaklığı: 3,600 F (1,980 C; 2,260 K)
Güç-ağırlık oranı: