F135是由由美國(guo)普(pu)拉特·惠特尼公司研(yan)制的(de)加(jia)力(li)渦扇發動(dong)機(ji),最大(da)推(tui)力(li)超過(guo)18噸(4萬磅),F135發動(dong)機(ji)是基于F-22的(de)F119發動(dong)機(ji)的(de)核(he)心機(ji)和主要結構研(yan)制的(de)。由于海軍陸戰隊(dui)與英(ying)國(guo)皇家(jia)海軍預計(ji)采(cai)用的(de)F-35B必(bi)須(xu)能夠垂(chui)直起(qi)(qi)降,因此F135也(ye)可(ke)以加(jia)上向下彎(wan)折(zhe)的(de)三(san)軸承(cheng)旋(xuan)轉(zhuan)噴管。但(dan)是這個噴管只有在垂(chui)直起(qi)(qi)降的(de)場合使用,可(ke)以大(da)大(da)地縮(suo)短起(qi)(qi)飛/降落距(ju)離(li)。其(qi)他F-35則(ze)不(bu)使用這項設計(ji)。
F135使用了(le)F119的(de)(de)核心機,配合高(gao)效(xiao)(xiao)的(de)(de)6級高(gao)壓(ya)(ya)壓(ya)(ya)氣機,1級高(gao)壓(ya)(ya)渦輪(lun)和高(gao)效(xiao)(xiao)的(de)(de)風扇(由(you)一(yi)個(ge)2級的(de)(de)低壓(ya)(ya)渦輪(lun)驅動(dong))。F135采(cai)用了(le)BAE系統(tong)公司的(de)(de)全權數(shu)字(zi)式發動(dong)機控制系統(tong)(FADEC),為(wei)(wei)了(le)提高(gao)發動(dong)機的(de)(de)可(ke)靠性和可(ke)保障性,F135大量采(cai)用外場可(ke)替(ti)換部(bu)件(LRC),其零部(bu)件數(shu)量比F119減少了(le)大約(yue)40%。按照計劃(hua),F135有三個(ge)不同的(de)(de)型(xing)(xing)號,F135一(yi)PW一(yi)100將(jiang)作為(wei)(wei)F-35A空(kong)軍型(xing)(xing)的(de)(de)動(dong)力系統(tong);F135一(yi)PW一(yi)400將(jiang)作為(wei)(wei)F-35C海軍艦(jian)載型(xing)(xing)的(de)(de)動(dong)力;而F135一(yi)PW一(yi)600將(jiang)作為(wei)(wei)F-35B海軍陸戰隊(dui)短距(ju)起飛/垂直降落型(xing)(xing)的(de)(de)動(dong)力。
對(dui)于F135的(de)(de)(de)由來,其(qi)使用了(le)(le)部(bu)分(fen)前(qian)蘇聯R79發(fa)(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)(de)技術(shu)是(shi)毫無(wu)疑問的(de)(de)(de),洛克(ke)希德也對(dui)此(ci)供認(ren)不(bu)諱。但互聯網上有(you)一(yi)種錯誤的(de)(de)(de)認(ren)識,認(ren)為其(qi)完全仿(fang)制了(le)(le)前(qian)蘇聯雅克(ke)-141使用的(de)(de)(de)R79V-300發(fa)(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)。這一(yi)認(ren)識的(de)(de)(de)源頭是(shi):蘇聯解體(ti)后,洛克(ke)希德的(de)(de)(de)人(ren)隨同(tong)美國(guo)政府官員參觀了(le)(le)雅科(ke)(ke)夫(fu)列夫(fu)設計局和其(qi)他一(yi)些俄羅斯航(hang)空企業,他們有(you)機(ji)會接(jie)觸了(le)(le)雅科(ke)(ke)夫(fu)列夫(fu)的(de)(de)(de)技術(shu)和設計。當時雅科(ke)(ke)夫(fu)列夫(fu)設計局正(zheng)尋找資(zi)金(jin)來維持(chi)雅克(ke)-141項目,該(gai)型還沒獲(huo)得(de)任何訂單。洛克(ke)希德公司(si)用少量資(zi)金(jin)就換取了(le)(le)雅克(ke)-141的(de)(de)(de)性能數據(ju)和部(bu)分(fen)設計數據(ju),俄國(guo)人(ren)也允許美國(guo)政府人(ren)員研究這些資(zi)。因(yin)此(ci),洛克(ke)希德·馬丁公司(si)的(de)(de)(de)X-35的(de)(de)(de)短距起飛(fei)/垂直降落設計應該(gai)吸收了(le)(le)一(yi)部(bu)分(fen)雅克(ke)-141的(de)(de)(de)現有(you)成果。但普拉特·惠(hui)特尼公司(si)的(de)(de)(de)F135發(fa)(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)只是(shi)吸取了(le)(le)R79V-300發(fa)(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)(de)部(bu)分(fen)技術(shu),兩者結構和尺(chi)寸(cun)并不(bu)完全相同(tong),且R-79V-300發(fa)(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)涵道比(bi)較(jiao)高(gao),達到0.81;渦輪進口溫(wen)度較(jiao)低,為1620K;推(tui)重(zhong)比(bi)只有(you)5.64,難以成為一(yi)種合格(ge)的(de)(de)(de)第四代航(hang)空發(fa)(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)。
F135發動(dong)機因F-35的需(xu)求而啟動(dong)。
在聯合攻擊(ji)戰(zhan)斗機(ji)(JSF,Joint Strike Fighter)項目中,美(mei)國國防部一(yi)(yi)直(zhi)致力于尋求一(yi)(yi)種(zhong)全壽命周期耗(hao)費低廉合理、并且能夠同時滿足(zu)三個不(bu)同軍種(zhong)使(shi)用要求的(de)設計方案。因(yin)此(ci),這款全新戰(zhan)斗機(ji)的(de)設計必須(xu)包含常規起降型(xing)(CTOL)、艦載型(xing)(CV)和短(duan)距起飛(fei)/垂直(zhi)降落型(xing)(STOVL)等三種(zhong)不(bu)同型(xing)號,而且所有功(gong)能的(de)實現都必須(xu)首先滿足(zu)價格的(de)要求。因(yin)此(ci)參(can)與競標的(de)兩款飛(fei)機(ji)中,無論是洛克(ke)希德(de)·馬丁(ding)公(gong)(gong)司的(de)X-35還是波(bo)音公(gong)(gong)司的(de)X-32驗證機(ji),均采用了成本較低且能兼(jian)顧短(duan)距起飛(fei)/垂直(zhi)降落要求的(de)單發布局。
在聯合攻擊戰(zhan)斗機(ji)(ji)項(xiang)目驗證機(ji)(ji)研制之時,世界上(shang)唯(wei)一可以滿(man)(man)足(zu)性能要求(qiu)(qiu)的發(fa)動機(ji)(ji)就是(shi)(shi)普·惠(hui)公司研制的F119-PW-100發(fa)動機(ji)(ji),F119-PW-100也是(shi)(shi)人類(lei)歷史上(shang)最早投入使用的推重比超(chao)過10的小涵道比加力渦扇發(fa)動機(ji)(ji)。由于(yu)兩家(jia)競(jing)爭(zheng)公司對飛機(ji)(ji)的要求(qiu)(qiu)不同,從而(er)要求(qiu)(qiu)普·惠(hui)公司研制2種略(lve)有(you)不同的F-119改進型(xing)以滿(man)(man)足(zu)每個競(jing)爭(zheng)者(zhe)各自的需(xu)要。波音型(xing)F-119發(fa)動機(ji)(ji)的代(dai)號是(shi)(shi)JSF/119-SE614,洛克(ke)希(xi)德·馬(ma)丁型(xing)的代(dai)號是(shi)(shi)JSF/F119-SE611。
這兩種型別(bie)的(de)發動機(ji)(ji)(ji)之(zhi)所(suo)(suo)以要存在這些差異,主要是因為(wei)兩個(ge)JSF機(ji)(ji)(ji)體(ti)制(zhi)造商所(suo)(suo)采用的(de)垂(chui)直升(sheng)力(li)系(xi)統方(fang)案有所(suo)(suo)不同。波音公司采用了(le)類似海鷂(yao)戰斗(dou)機(ji)(ji)(ji)的(de)多(duo)個(ge)矢(shi)量(liang)噴管(guan)下偏垂(chui)直起飛(fei)(fei)方(fang)案,整(zheng)體(ti)來看比(bi)較(jiao)復雜。X-32使用多(duo)個(ge)引(yin)氣(qi)管(guan)道將(jiang)發動機(ji)(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒室出口燃(ran)(ran)氣(qi)引(yin)出到位于飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)重心位置(zhi)的(de)向下噴管(guan)提供垂(chui)直起降的(de)主要升(sheng)力(li),另外由數個(ge)小引(yin)氣(qi)通道將(jiang)發動機(ji)(ji)(ji)風扇(shan)和(he)加(jia)力(li)燃(ran)(ran)燒室的(de)氣(qi)流引(yin)出為(wei)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)(ji)提供升(sheng)力(li)補充(chong)和(he)姿態控(kong)制(zhi)。
而(er)洛克希(xi)德·馬(ma)丁公司的(de)(de)X-35采用了發動機(ji)主軸驅動的(de)(de)升力風扇+發動機(ji)噴管下偏來(lai)實(shi)現垂直(zhi)起降(jiang)。洛克希(xi)德·馬(ma)丁公司使用的(de)(de)發動機(ji)JSF/F119-SE611采用了軸對(dui)稱噴管,能夠垂直(zhi)下偏提供主要升力。既然驗證(zheng)機(ji)采用了以F119-PW-100發動機(ji)為基礎的(de)(de)改進型(xing)號,在F-35被確定贏(ying)得(de)聯合打擊(ji)戰(zhan)斗(dou)機(ji)合同之后,動力系統沿用原來(lai)的(de)(de)發展(zhan)思路就成(cheng)了水到(dao)渠成(cheng)的(de)(de)事情(qing),這就是F135發動機(ji)項目(mu)的(de)(de)開(kai)端。
F135發動(dong)機(ji)(ji)是F119發動(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)衍生型。F119發動(dong)機(ji)(ji)由3級(ji)風扇、6級(ji)高(gao)壓(ya)壓(ya)氣(qi)機(ji)(ji)、帶氣(qi)動(dong)噴(pen)嘴、浮(fu)壁式(shi)火焰筒(tong)的(de)(de)環形燃(ran)燒(shao)(shao)室(shi)(shi)、單級(ji)高(gao)壓(ya)渦輪(lun)、高(gao)壓(ya)渦輪(lun)轉向相反的(de)(de)單級(ji)低(di)(di)壓(ya)渦輪(lun)、加力(li)燃(ran)燒(shao)(shao)室(shi)(shi)與二維矢(shi)量(liang)噴(pen)管(guan)等組成。整(zheng)臺發動(dong)機(ji)(ji)分(fen)為:風扇、核心機(ji)(ji)、低(di)(di)壓(ya)渦輪(lun)、加力(li)燃(ran)燒(shao)(shao)室(shi)(shi)、尾噴(pen)管(guan)和附件傳動(dong)機(ji)(ji)匣等6個單元體,另外還有(you)附件、FADEC及發動(dong)機(ji)(ji)監測系統。其加力(li)推力(li)155.7千牛,中間推力(li)104.0千牛,總壓(ya)比35,涵道(dao)比0.3,渦輪(lun)前溫1850-1950K,最(zui)大(da)直(zhi)徑1.13米,長度4.826米、重(zhong)量(liang)1460千克。
F135發動(dong)(dong)機采(cai)用與(yu)F119發動(dong)(dong)機基本(ben)(ben)相同(tong)的(de)核心機。為提(ti)高(gao)推力(li),增加(jia)了發動(dong)(dong)機的(de)空氣流量和涵道比(bi),提(ti)高(gao)了發動(dong)(dong)機的(de)工(gong)作(zuo)溫度(du);為了獲(huo)得短(duan)距起(qi)飛和垂直著陸能(neng)力(li),垂直起(qi)降型增加(jia)了新(xin)穎的(de)升力(li)風(feng)扇(shan)(shan)、三軸承旋(xuan)轉噴管、滾轉控制噴管。其3級風(feng)扇(shan)(shan)采(cai)用超中等(deng)展弦比(bi)、前掠(lve)葉片(pian)、線性摩(mo)擦焊的(de)整體葉盤和失諧技術,在保持原風(feng)扇(shan)(shan)的(de)高(gao)級壓比(bi)、高(gao)效率、大喘振裕度(du)和輕質量的(de)同(tong)時(shi),將風(feng)扇(shan)(shan)的(de)截面面積增加(jia)了10%-20%。6級壓氣機與(yu)F119發動(dong)(dong)機的(de)基本(ben)(ben)相同(tong)。
燃(ran)燒室在(zai)(zai)F119發(fa)動(dong)機三維高(gao)紊(wen)流(liu)度(du)、高(gao)旋流(liu)結(jie)(jie)構的(de)(de)浮動(dong)壁燃(ran)燒室的(de)(de)基礎上,采用(yong)了(le)高(gao)燃(ran)油空(kong)氣比燃(ran)燒室技術,在(zai)(zai)提供小的(de)(de)分布因子和所要求的(de)(de)徑向剖面的(de)(de)同時(shi),滿足了(le)效率目標。高(gao)、低壓(ya)渦輪采用(yong)對轉(zhuan)(zhuan)結(jie)(jie)構,“超冷”高(gao)壓(ya)渦輪轉(zhuan)(zhuan)子葉片和導流(liu)葉片采用(yong)計算流(liu)體力學(CFD)方法設(she)計,利用(yong)高(gao)溫材料(可能為CMSX-4鑄造(zao)合金)鑄造(zao),已在(zai)(zai)改進(jin)的(de)(de)F119發(fa)動(dong)機上得到驗證,在(zai)(zai)提高(gao)耐久性的(de)(de)同時(shi),能夠明顯(xian)提高(gao)工(gong)作(zuo)溫度(du)(約(yue)為110℃)。低壓(ya)渦輪增(zeng)加1級(ji),變為2級(ji),以適應增(zeng)大(da)的(de)(de)風扇帶來(lai)的(de)(de)驅(qu)動(dong)負荷。
F135發(fa)動機(ji)推比10.5、加力(li)(li)(li)推力(li)(li)(li)19噸級(ji)別、最(zui)大(da)推力(li)(li)(li)(無(wu)加力(li)(li)(li))13噸級(ji)別、質(zhi)量(liang)1700千克,其19噸的(de)加力(li)(li)(li)推力(li)(li)(li)目前沒有任何實際(ji)裝備戰斗機(ji)的(de)加力(li)(li)(li)渦(wo)扇發(fa)動機(ji)能夠企及。不過值得一提(ti)的(de)是,F135相對于F119雖(sui)然推力(li)(li)(li)大(da)幅(fu)度提(ti)高(gao)(gao),但(dan)是實際(ji)上(shang)是在同樣核心機(ji)基(ji)礎上(shang)用流量(liang)、高(gao)(gao)速(su)性(xing)能換推力(li)(li)(li)。F135雖(sui)然推力(li)(li)(li)超群(qun),但(dan)是其高(gao)(gao)速(su)性(xing)能卻是下降的(de)。
STOVL型F135-PW-600為了滿足(zu)垂(chui)直(zhi)(zhi)起降要求,設計了升(sheng)(sheng)力(li)(li)風(feng)扇(shan)+發(fa)動機(ji)噴管(guan)下(xia)(xia)偏(pian)(pian)(pian)+調姿噴管(guan)的(de)(de)垂(chui)直(zhi)(zhi)起降動力(li)(li)方(fang)(fang)案。升(sheng)(sheng)力(li)(li)風(feng)扇(shan)由涵道、風(feng)扇(shan)、D形噴管(guan)、聯(lian)軸(zhou)器(qi)、作(zuo)動裝置和伺(si)服系統組成,由主發(fa)動機(ji)F135的(de)(de)2級低(di)壓渦(wo)輪驅動;升(sheng)(sheng)力(li)(li)風(feng)扇(shan)直(zhi)(zhi)徑為1.27m,可(ke)以向前偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)13°,向后(hou)偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)30°,在STOVL工作(zuo)狀態下(xia)(xia)使戰斗(dou)機(ji)上方(fang)(fang)的(de)(de)冷氣流(liu)以230kg/s的(de)(de)流(liu)量垂(chui)直(zhi)(zhi)向下(xia)(xia)噴出,產生90千牛(niu)的(de)(de)升(sheng)(sheng)力(li)(li);3軸(zhou)承偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)噴管(guan)垂(chui)直(zhi)(zhi)向下(xia)(xia)偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)(最多可(ke)偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)95度,可(ke)左右(you)各(ge)偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)10度),產生71.1千牛(niu)的(de)(de)升(sheng)(sheng)力(li)(li);該噴管(guan)可(ke)使發(fa)動機(ji)的(de)(de)排氣從水平偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)到(dao)垂(chui)直(zhi)(zhi)甚至(zhi)向前,可(ke)以使推力(li)(li)從水平方(fang)(fang)向偏(pian)(pian)(pian)轉(zhuan)(zhuan)到(dao)垂(chui)直(zhi)(zhi)向后(hou)。
此外,每(mei)側翼根處的(de)滾轉(zhuan)控(kong)制(zhi)噴管利(li)用發(fa)動(dong)機(ji)壓氣機(ji)的(de)引(yin)氣,也可(ke)提供16.7kN的(de)推(tui)(tui)力;在(zai)控(kong)制(zhi)桿(gan)端的(de)噴管差(cha)動(dong)地打開和關閉(bi),實(shi)現(xian)滾轉(zhuan)控(kong)制(zhi);通(tong)過偏(pian)轉(zhuan)噴管偏(pian)航實(shi)現(xian)偏(pian)航控(kong)制(zhi);通(tong)過升力風扇和發(fa)動(dong)機(ji)推(tui)(tui)力分離器實(shi)現(xian)俯仰控(kong)制(zhi)。包括主發(fa)動(dong)機(ji)在(zai)內的(de)整(zheng)個推(tui)(tui)進系統(tong)的(de)長度(du)為(wei)9.37m,懸停總推(tui)(tui)力為(wei)175.3千(qian)牛,短距起飛推(tui)(tui)力為(wei)169.5千(qian)牛。
2005年11月(yue)底,普(pu)拉特(te)·惠(hui)特(te)尼公司完成對F135的總裝。
2006年3月,F135發動機(ji)進(jin)行了數千小時(shi)的靜態測試(shi)實驗。
2006年10月(yue),F135被首次安裝(zhuang)在飛機上進行飛行測試,并且(qie)測試成功。
最大(da)加力推力(kN):178(原(yuan)型)、191.3(量產型)
中(zhong)間推力(li)(kN):115(原(yuan)型(xing)(xing))、128.1(量產型(xing)(xing))
進氣口直徑(m):1.17
長度(du)(m):5.59
外徑(m):1.30
涵(han)道比:0.57
總壓比:28
推(tui)重比(bi):10.5(原型)、11.7(量產型)
質量(liang)(kg):1730(原型)、1670(量(liang)產型)