Rolls -Royce LiftSystem - Rolls-Royce LiftSystem

LiftSystem
	Rolls-Royce LiftSystem koblet til en F135 turbofan på Paris Air Show i 2007
Type	STOVL liftsystem
Fabrikant	Rolls-Royce plc
Store applikationer	F-35 Lightning II

Den Rolls-Royce Liftsystem , sammen med F135 motor , er et fly fremdrift system designet til brug i STOVL variant af F-35 Lightning II . Det komplette system, kendt som Integrated Lift Fan Propulsion System (ILFPS), blev tildelt Collier Trophy i 2001.

Krav

F-35B STOVL-varianten af Joint Strike Fighter (JSF) flyet var beregnet til at erstatte McDonnell Douglas AV-8B Harrier II og McDonnell Douglas F/A-18 Hornet, der blev brugt af United States Marine Corps . Det ville også erstatte British Aerospace Harrier II og British Aerospace Sea Harrier, der blev brugt af Royal Air Force og Royal Navy . Flyet skulle have en supersonisk kapacitet, og et passende lodret løftesystem , der ikke ville gå på kompromis med denne kapacitet, var nødvendigt for STOVL -varianten. Dette krav blev opfyldt af Rolls-Royce Liftsystem, udvikles gennem en $ 1,3 milliarder System udvikling og demonstration (SDD) kontrakt fra Pratt & Whitney . Dette krav blev opfyldt den 20. juli 2001.

Design og udvikling

Rolls-Royce LiftSystem

I stedet for at bruge separate løftemotorer, som Yakovlev Yak-38 , eller roterende dyser til motoromløbsluft, som Harrier, har "LiftSystem" en akseldrevet LiftFan, designet af Lockheed Martin og udviklet af Rolls-Royce, og en trykvektor -dyse til motorens udstødning, der giver løft og også kan modstå efterbrændingstemperaturer i konventionel flyvning for at opnå supersoniske hastigheder. Løfte-/fremdrivningssystemet med sin Three Bearing Swivel Duct Nozzle (3BSD) ligner mest planer for Convair Model 200 Sea Control Fighter fra 1973 end den foregående generation af STOVL -designs, som Harrier tilhører.

Teamet, der var ansvarligt for udviklingen af fremdriftssystemet, omfattede Lockheed Martin, Northrop Grumman , BAE Systems , Pratt & Whitney og Rolls-Royce, under ledelse af United States Department of Defense Joint Strike Fighter Program Office. Paul Bevilaqua , chefingeniør for Lockheed Martin Advanced Development Projects ( Skunk Works ), opfandt liftventilatorens fremdriftssystem. Konceptet med en akseldrevet liftventilator går tilbage til midten af 1950'erne. Liftventilatoren blev demonstreret af Allison Engine Company i 1995-97.

Det amerikanske forsvarsministerium (DOD) tildelte General Electric og Rolls-Royce en kontrakt på 2,1 mia. Dollar til i fællesskab at udvikle F136- motoren som et alternativ til F-135. LiftSystem er designet til at blive brugt med begge motorer. Efter ophør af statsfinansiering afbrød GE og Rolls-Royce den videre udvikling af motoren i 2011.

Rolls-Royce administrerede det overordnede udviklings- og integrationsprogram i Bristol , Storbritannien , og var også ansvarlig for LiftFan turbomaskiner, 3BSM og Roll Post designs. Rolls-Royce i Indianapolis leverede gearkassen, koblingen, drivakslen og dysen og gennemførte konstruktionen og verifikationstesten af LiftFan.

Operation

Diagram over LiftSystem -komponenter og luftmængde

Diagram over turbojet energi til LiftSystem prototype

Diagram over drevne løft fly

Rolls-Royce LiftSystem består af fire hovedkomponenter:

LiftFan
Motor til ventilator drivaksel
Tre-bærende drejemodul (3BSM)
Rullepæle (to)

Det tre-bærende drejemodul (3BSM) er en trykvektor-dyse bag på flyet, der leder motorens udstødning til at passere enten lige igennem med genopvarmningsevne til fremadgående flyvning eller til at blive afbøjet nedad for at give løft.

Ved lodret flyvning overføres 29.000 hk af en forlængeraksel på motorblæseren ved hjælp af en kobling og kegle-gearkasse til en kontra-roterende løfteventilator placeret foran motoren. Ventilatorens luftstrøm (lavhastighed uopvarmet luft) forlader gennem trykvektorskovle på undersiden af flyet og balancerer liften fra den bageste dyse. Til lateral stabilitet og rulleregulering , bypass er luft fra motoren anvendes i en roll-stolpe dyse i hver vinge. For pitch kontrol , områderne udstødsdyse og LiftFan indløb er varierede og samtidig holde den samlede lift konstant. Yaw kontrol opnås ved krøjning af 3BSM. Fremad, og også baglæns, bevægelse styres ved at vippe 3BSM og skovle i LiftFan variabel område skovldyse.

Følgende er systemets komponentstøtværdier i løftetilstand:

3BSM (tørstød)	LiftFan	Rulleposter (kombineret)	i alt
18.000 lbf (80 kN)	20.000 lbf (89 kN)	3.900 lbf (17 kN)	41.900 lbf (186 kN)

Til sammenligning er den maksimale kraft af Rolls-Royce Pegasus 11-61/F402-RR-408, den mest kraftfulde version, der bruges i AV-8B , 23.800 pounds-force (106 kN). Vægten af AV-8B er cirka 46% af vægten af F-35B .

Ligesom liftmotorer er de tilføjede LiftSystem -komponenter dødvægt under flyvning, men fordelen ved at anvende LiftSystem er, at dens større løftestød øger startnyttelasten med en endnu større mængde.

Tekniske udfordringer

Under udviklingen af LiftSystem måtte mange tekniske vanskeligheder overvindes, og nye teknologier udnyttes.

LiftFan bruger titaniumblister med hulblad (en skive eller "blisk" opnået ved superplastisk dannelse af knivene og lineær friktionssvejsning til blisknavet). Organiske matrixkompositter anvendes til mellemtrinene. LiftFan ryddes til flyvning op til 250 knob (130 m/s) Denne tilstand fremstår som en sidevind til det vandrette indtag og opstår, når flyet overgår mellem fremadgående flyvning og svæver.

Koblingsmekanismen anvender tør -plade carbon -carbon teknologi oprindeligt afledt af flybremser. Friktion bruges kun til at aktivere liftventilatoren ved lave motoromdrejninger. En mekanisk låsning aktiveres, før den øges til fuld effekt.

Gearkassen skal være i stand til at fungere med afbrydelser i olietilførslen i op til et minut, mens den overfører fuld effekt gennem 90 grader til LiftFan.

Three-Bearing Swivel Module skal både understøtte den endelige hot-thrust-vektordyse og overføre dens trykbelastninger tilbage til motorophængene. De "fueldrauliske" aktuatorer til 3BSM bruger brændstof under tryk til 3.500 lbf/in ² i stedet for hydraulikvæske for at reducere vægt og kompleksitet. En aktuator kører med den drejelige dyse og bevæger sig 95 grader, mens den udsættes for intens varme og vibrationer.

Test

Under konceptdefinitionen af Joint Strike Fighter blev to Lockheed-flystel testet: Lockheed X-35A (som senere blev konverteret til X-35B) og den større vingede X-35C, med STOVL-varianten med rullerne -Royce LiftFan -modul.

LiftSystem-flyvningstest begyndte i juni 2001, og den 20. juli samme år blev X-35B det første fly i historien til at udføre en kort start, et niveau overlydstreg og lodret landing i en enkelt flyvning. Da testen var afsluttet i august, havde flyet opnået 17 lodrette start, 14 korte start, 27 lodrette landinger og fem supersoniske flyvninger. Under de sidste kvalificerende Joint Strike Fighter-flyforsøg tog X-35B fart på under 150 fod, overgik til supersonisk flyvning og landede derefter lodret.

Jordtest af kombinationen F136/LiftSystem blev udført på General Electric-anlægget i Peebles, Ohio i juli 2008. Den 18. marts 2010 udførte en STOVL-udstyret F-35B en lodret svæver- og landingsdemonstration på Patuxent River Naval Air Station i Lexington Park, MD.

Collier Trophy -pris

I 2001 blev LiftSystem fremdriftssystem tildelt Collier Trophy , som anerkendelse af "den største præstation inden for luftfart eller astronautik i Amerika", specielt til "forbedring af luft- eller rumfartøjers ydeevne, effektivitet og sikkerhed, hvis værdi har været grundigt demonstreret ved faktisk brug i det foregående år. "

Specifikationer (LiftSystem)

Hovedmotor
Pratt & Whitney F135: 17.600 pounds-force (78 kN) tørstød

Komponenter :

LiftFan: To-trins kontra-roterende hule blæser i titanium med en diameter på 1,3 m. Øverste blæser udstyret med variable indsugningsstyreskovle. I stand til at generere mere end 20.000 pounds-force (89 kN) koldkraft
Tre-bærende drejemodul: Kan rotere gennem 95 grader på 2,5 sekunder og vektor 18.000 pounds-force (80 kN) tørstød i løftemodus, med genopvarmningskapacitet i normal vandret holdning
Rullepæle: To: hydraulisk aktiveret

Galleri

Afspil medier

X-35/LiftSystem flyvedemonstration af overgang til VTOL-konfiguration, svæver, start i STOVL-konfiguration, genopfyldning under flyvning, lodret svæver og landing.
Afspil medier

Vertikal landingsdemonstration, der viser driften af 3BSM.
Turbine- og liftventilator udstillet på National Air and Space Museum, Steven F. Udvar-Hazy Center