F135涡轮风扇发动机

F135发动机是普惠公司为F-35战斗机研制的推进系统，其主推进发动机是由F119改进的双转子加力式涡扇发动机。该发动机结构由进气口、风扇（低压压气机）、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、加力燃烧室等构成。

1993年，美国国防部进行了联合打击战斗机项目论证，在国会的支持下，项目发展迅速，同年12月，根据美国防部的要求，波音公司和洛克希德·马丁公司分别组织团队参与项目的竞标。2001年10月26日，洛克希德·马丁公司竞争团队的X-35赢得该项目，同时多用途五代机改称为F-35战斗机联合打击战斗机。由于验证机采用了以F119-PW-100发动机为基础的改进型号，动力系统沿用原来的发展思路，这就是F135涡轮扇发动机项目的开端。F135发动机于2002年5月成功地通过了初步设计评审，2003年5月成功地通过了关键设计评审，9月，第1台F135生产型发动机组装工作完成。11月8日，PW公司第1台F135 FX631生产型发动机首次进行加力试验。2008年11月25日，普惠公司F135涡轮扇发动机成功完成首次超声速飞行，此后常规起落型F135-PW-100于2010年年初正式定型，获得服役许可。2018年4月，普惠公司宣布完成了F135项目的型号开发与飞行验证试验工作。2021年10日，美国航空发动机制造商普拉特•惠特尼公司宣布，世界上推力最大的F135涡扇发动机将增加推力。

美国联合攻击战斗机在立项之初便要求在同一个平台的基础上满足3个不同军种的使用要求，F135发动机有3个不同的型号，F135-PW-100为F-35A空军型的动力装置；F135-PW-400为F-35C海军舰载型的动力装置；而由罗罗公司提供升力系统（LiftSystem）的F135-PW-600为F-35B海军陆战队短距起飞/垂直降落型的动力装置。

研发历程

1993年，美国国防部进行了联合打击战斗机项目论证，在国会的支持下，项目发展迅速，同年12月，根据美国防部的要求，波音公司和洛克希德·马丁公司分别组织一个竞争团队参与联合打击战斗机项目的竞标。在联合打击战斗机项目进入验证机对比试飞阶段，可以满足战斗机性能要求的发动机就是普惠公司研制的F119-PW-100发动机，由于两家竞争公司对飞机的要求不同，从而要求普惠公司研制2种略有不同的F-119改进型以满足每个竞争者各自的需要。波音型F119发动机的代号是JSF/119-SE614，洛克希德·马丁型的代号是JSF/F119-SE611。

2001年10月26日，联合作战飞机的竞标结果揭晓，洛克希德·马丁竞争团队的X-35击败波音公司竞争团队的X-32，成为新一代美国海、空军和陆战队的通用多用途五代机，并改称为F-35联合打击战斗机。由于验证机采用了以F119-PW-100发动机为基础的改进型号，动力系统沿用原来的发展思路，这就是F135发动机项目的开端。

F135发动机于2002年5月成功地通过了初步设计评审，2003年5月成功地通过了关键设计评审。2003年9月，第1台F135生产型发动机组装工作完成。2003年10月，F135 CTOL型发动机(FX631发动机)开始进行地面试验，检查了发动机是否有液体泄漏、从地面慢车到空中慢车间的油门特性。2003年11月8日，PW公司第1台F135 FX631生产型发动机首次进行加力试验。

2008年11月25日，普惠公司F135发动机成功完成首次超声速飞行，飞行的最高速度达马赫1.05。截止到2007年底，F135推进系统完成了3600小时的方案验证试验、8500小时的系统验证试验，垂直起飞推进系统试验了4300小时和19次飞行试验。此后常规起落型F135-PW-100于2010年年初正式定型，获得服役许可。

2018年4月，普惠公司宣布完成了F135项目的型号开发与飞行验证试验工作。

2021年10日，美国航空发动机制造商普拉特•惠特尼公司宣布，世界上推力最大的F135涡扇发动机将增加推力。这款增加推力的F135发动机，如果顺利装备F-35战斗机，将会提高F-35的高速性能，在经过修形改进后，F-35很可能实现超音速巡航。

工作原理

F135-PW-600发动机采用轴驱动的前置升力风扇和带三轴承旋转（3BSM）喷管及滚转喷管的主发动机组成，与常规推进系统相比，短垂推进系统新增升力风扇系统（由进气道、双级对转风扇和盒式喷管等组成）、传动离合系统（由驱动轴、离合器等组成）、三轴承旋转喷管、滚转喷管等升力部件/系统。在短距/垂直起降工作模态时，升力风扇进排气门、主发动机辅助进气门、滚转喷管排气门、主喷管舱门等短垂功能门打开，升力风扇喷管、滚转喷管以及主喷管向下排气。常规工作模态（巡航等）下，低压轴驱动的升力风扇断开，滚转喷管关闭，短垂推进系统与常规推进系统工作一致。常规模式向短距/垂直起降模式转换的过程，即为小涵道比发动机向大涵道比发动机转换的过程，可提高推进效率，从而使得推进系统总效率得以提升。

结构设计

该发动机结构由进气口、风扇（低压压气机）、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、加力燃烧室等构成。

进气口

进气口直径为1.168m，包含21个静子导叶，导叶后缘与机匣接并兼作低压轴的前支点。

风扇（低压压气机）

风扇包括3组整体叶盘转子，在F119发动机风扇的基础上提高了空气流量及压比。第一级风扇静子由复合材料制成，后两级静子为钛合金。

高压压气机

高压压气机共6级，全部转/静子均为整体结构。前两级转子为考虑损伤容限设计的钛合金结构，后4级转子为高强度基合金。前两级静子为可调叶片，后几级静子为铸造镍基合金。高压压气机空气流量为129.6kg/s。

燃烧室

燃烧室由F119发动机的燃烧室改进而来。燃烧室外机匣长度和直径均为0.762m，可以承受温度为920K，压强为4150kPa的高温气体压力。燃烧室直径为0.51m，长度为0.23m。浮壁式燃烧室通过衬片引入冲击制冷以及薄膜冷却。衬片为镍基材料，表面镀陶瓷并留有近千个气膜孔。

高压涡轮

高压涡轮直径为0.914m，转速超过15000r/min，功率为47725kW。高压涡轮的冷却气流在F119技术的基础上增加了一倍。

低压涡轮

两级低压涡轮与高压涡轮反向对转，工作温度约1360K。加力燃烧室包括收敛-扩散喷管以及15个液压驱动的铰接鱼鳞片。加力燃烧室气压为621kPa，温度为2200K。

加力燃烧室

包括收敛-扩散喷管以及15个液压驱动的铰接鱼鳞片。加力燃烧室气压为621kPa，温度为2200K。

F135-PW-400型发动机结构与F135-PW-100型发动机接近，但包含了更多抗盐雾腐蚀的材料。短距起飞/垂直降落F135-PW-600型发动机则加装了罗罗公司的升力系统。升力系统主要包括由F135发动机低压轴驱动的前置升力风扇、安装在主发动机侧面的滚转控制喷管以及机尾的全向矢量喷管3个部件。

F135-PW-600发动机由以下几个部分组成：主体发动机部分、左右各一个调姿喷管（喷气来自发动机）、传动轴、离合器、以及升力风扇。

技术特点

F135发动机继承了F119发动机的核心机，安装6级高压压气机、1级高压涡轮、1个2级的低压涡轮风扇，拥有高效的气动性能。F135发动机的其他高新技术也非常密集，比如BAE系统公司的全权数字式发动机控制系统（FADEC）、三轴承旋转喷管、滚转控制喷管，等等。为了提高发动机的可靠性和可保障性，F135采用外场可替换部件（LRC），其零部件数量比原来的F119发动机减少了大约40%。美国对外出售的F-35A空军型使用F135-PW-100发动机，它是世界上第二个推重比大于10的战斗机动力系统，也是人类航空史上推力最大的军用加力涡扇发动机。

F135发动机采用与F119发动机基本相同的核心机。为提高推力，增加了发动机的空气流量和涵道比，提高了发动机的工作温度；为了获得短距起飞和垂直着陆能力，垂直起降型增加了新颖的升力风扇、三轴承旋转喷管、滚转控制喷管。其3级风扇采用超中等展弦比、前掠叶片、线性摩擦焊的整体叶盘和失谐技术，在保持原风扇的高级压比、高效率、大喘振裕度和轻质量的同时，将风扇的截面面积增加了10%-20%。

F135发动机推比10.5、加力推力19吨级别、最大推力(无加力)13吨级别、质量1700千克，其19吨的加力推力目前没有任何实际装备战斗机的加力涡扇发动机能够企及。F135相对于F119虽然推力大幅度提高，实际上是在同样核心机基础上，用流量、高速性能换推力。

基本分类

F135-PW-100采用常规推进方式，用于F-35A常规起降型战斗机，F135-PW-400采用常规推进方式，用于F-35C舰载型战斗机。F135-PW-600 采用升力推进系统，包括升力风扇、传动离合系统、滚转喷管和三轴承转向的尾喷管，用于 美国F35B联合攻击战斗机 短距起飞/垂直降落战斗机。

基本参数

参考资料

应用领域

F135发动机有三个不同的型号，分别装配到新一代美国海军、空军和陆战队的通用多用途五代机F-35联合打击战斗机上，作为常规起降的F-35A空军型、F-35C海军舰载型以及F-35B海军陆战队短距起飞/垂直降落型的动力系统。

发展趋势

作为一款大推力发动机，F135发动机除装配F-35战斗机以外，在其他飞机平台上拓展的可能性也非常大。“美国在对一款发动机改进升级的同时，会瞄准未来一代飞机的通用用途，具有广泛的适应性，其升级改造可能适用于一个作战单元或一组飞机，而不仅仅是一架飞机或单一机型。因而，F135发动机装备到下一代有人机或无人机均有可能。

参考资料

推力最大的航空发动机继续增加推力，它是如何做到的?.腾讯网.2024-02-21

F-35的心脏:史上最大推力发动机F135.网易.2024-02-21

技术派|F35B传动系统有多强?一根主轴载驱逐舰级别功率.澎湃新闻.2024-02-21

F35发动机技术无需保密?美有能力更早造出下代产品.新浪网.2024-02-21

22吨!美F135发动机将测试新型号 最强推力再升级.环球网.2024-02-21