|
Стендовые испытания двигателя F135
Майор А. Горелов
Компания «Пратт энд Уитни» проводит испытания прототипа турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой сгорания (ТРДДФ) F135 для самолета F-35 этапа полномасштабной разработки, разрабатываемого по программе JSF (Joint Strike Fighter). В ходе наземных проверок на стендах компании (Уэст-Палм-Бич, штат Флорида) исследуются характеристики и работоспособность двигателя, дорабатывается форсажный контур, изучаются динамические напряжения, возникающие в роторе низкого давления (РНД) ТРДДФ F135. Согласно сообщениям зарубежных СМИ стендовая наработка опытного двигателя в конце октября 2004 года составила около 500 ч. Наиболее важным для проводимых испытаний является обработка данных по турбине низкого давления (ТНД). Согласно заявлению руководителя программы F135, ТНД - ключевой узел поскольку он приводит во вращение привод подъемного вентилятора.
Первоначально были изучены характеристики и работоспособность двигателя в условиях обычного полета и в условиях полета самолета с коротким взлетом и вертикальной посадкой (КВВП) при оборотах ротора двигателя, соответствующих режиму малого газа. Также проводились испытания двигателя при уровнях тяги, необходимых для режима висения самолета F-35, и выполнялись первые динамические зацепления многодисковой муфты сцепления с подъемным вентилятором.
В 2004 году прошли оценку три образца двигателей (F135-PW-100 для F-35A, F135-PW-400 для F-35B и F135-PW-600 для F-35C). Компания «Роллс-Ройс» поставила три комплекта подъемных вентиляторов. Все силовые установки имеют обозначение Block 1, поскольку на них не выполнен весь спектр мер (доработок), направленных на снижение массы, которые будут реализованы в последующих двигателях, предназначающихся для начальных летных испытаний IFR (Initial Flight Release). Подъемный вентилятор этапа начальных летных испытаний будет поставлен компании «Пратт энд Уитни» во втором квартале 2005 года. По заявлению специалистов компании «Роллс-Ройс», он удовлетворяет заданным величинам по массе, а также по ресурсу и стоимости. Несмотря на то что масса изделия Block 1 не в полной мере соответствует определенной техническим заданием, фирма одобрила и утвердила программы, направленные на уменьшение массы до стандартов, установленных для начальных летных испытаний.
 |
| Двигатель F135 на испытательном стенде |
 |
| Монтаж узлов на двигателе |
 |
| Схема работы двигателя ТРДДФ F135 на режиме КВВП |
 |
| Установка подъемного вентилятора на самолет F-35C в монтажном цехе компании «Локхид-Мартин» на этапе демонстрации концепции |
Силовая установка самолета F-35C в сборе включает двигатель фирмы «Пратт энд Уитни», а также поставляемые «Роллс-Ройс» подъемный вентилятор, муфту сцепления, основной приводной вал, редуктор привода подъемного вентилятора и его регулируемое с помощью поворотных створок сопло, модуль основного поворотного сопла 3BSM (Three-Bearing Swivel Module) и расположенные в крыле воздухоотводящие каналы с соплами управления по крену. Работу по подъемной системе осуществляет отделение «Роллс-Ройс» в г. Бристоль (Великобритания), а отделение- в г. Индианаполис (штат Индиана) несет ответственность за окончательную сборку и испытания подъемного вентилятора.
На режиме КВВП мощность от основного двигателя передается к вращающемуся основному приводному валу длиной около 1,8 м. Вал входит в муфту, и при зацеплении муфта соединяет основной вал с подъемным вентилятором, который способен преобразовывать переданную ему валом мощность в 21 600 кВт в тягу, примерно равную 89 кН. Воздух поступает в подъемный вентилятор через воздухозаборник за фонарем кабины пилота. Выходящий из подъемного вентилятора воздух поступает в сопло с регулируемыми створками, которые придают воздушному потоку нужное направление.
Размещенные в крыле самолета F-35 КВВП воздухоотводящие каналы с регулирующими расход воздуха соплами предназначены для управления самолетом по крену. Каналы с соплами управления по крену получают воздух от основного двигателя и создают примерно 17 кН тяги. В состав двигателя входит основное реактивное сопло с управлением вектором тяги, которое поворачивается для направления выходящей из двигателя струи газов вниз или вдоль оси самолета.
Силовая установка, проходящая оценку на стенде компании «Пратт энд Уитни», а также две другие являются изделием Block 1. Его системы более функциональны, чем те, что были использованы на этапе демонстрации концепции, и спроектированы с учетом полного ресурса, планируемого для самолета F-35C. Например, многодисковая муфта сцепления на этапе демонстрации концепции была рассчитана только на 100 зацеплений. В настоящее время данная муфта уже выполнила эксплуатационный минимум, состоящий из 1 500 зацеплений.
Помимо вышеуказанного, системы Block 1 легче аналогичных этапа демонстрации концепции. Масса подъемной системы для этапа полномасшабной разработки была уменьшена примерно на 358 кг, из них снижение на 272 кг удалось получить за счет уменьшения массы самого подъемного вентилятора. В значительной мере масса двухступенчатого подъемного вентилятора была снижена благодаря тому, что лопатки его первой ступени, выполненные сплошными (как и второй), были заменены на полые, а само рабочее колесо первой ступени изготовлено в виде конструкции «блиск».
Системы, предназначающиеся для начальных летных испытаний поступят, на испытания в начале 2005 года. В ходе разработка систем и узлов силовой установки для самолета F-35C проводятся многочасовые стендовые испытания. В настоящее время компания располагает специальными стендами для испытания: многодисковой муфты сцепления, редуктора, подъемного вентилятора, системы смазки, приводного вала и вентилятора двигателя.
Согласно заявлению руководителя программы разработки узлов для F135, при осуществлении демонстрационной программы специалисты фирмы «Роллс-Ройс» были ограничены в средствах и времени, поэтому не имели возможности провести испытания в полном объеме. На этапе полномасштабной разработки дела обстоят иначе. Специалисты фирмы проводят всесторонние стендовые испытания отдельных узлов с целью оценки их характеристик и долговечности, прежде чем перейдут к испытаниям двигателя в целом. Преимущество здесь заключается в том, что быстрее и дешевле оптимизировать конструкцию компонента, чем всего двигателя.
До испытаний, проводимых в настоящее время на стендах компании «Пратт энд Уитни», специалисты фирмы «Роллс-Ройс» использовали свой стенд для испытания подъемного вентилятора с целью оценки последнего в течение 17 ч, включая 13 ч на режиме КВВП и шесть динамических зацеплений муфты. Стенд, снабженный шестиосной системой измерения тяги, способен обрабатывать данные о величине и направлению тяги.
Стендовые испытания других узлов также использовались для оптимизации систем, проходящих в настоящее время оценку на фирме «Пратт энд Уитни». Например, титановый вал основного двигателя должен работать как на сжатие, так и на растяжение. Он также должен оставаться работоспособным в случае изменения угла привода между подъемным вентилятором и основным двигателем.
В I квартале 2004 года специалисты компании «Роллс-Ройс» провели две серии испытаний вала отбора мощности, где была продемонстрирована его работоспособность при максимальной частоте вращения, максимальном крутящем моменте и при примерно половинном максимальном угле смещения (отклонения от оси). Особенности зацепления многодисковой муфты были исследованы на испытательном стенде этой фирмы.
Для моделирования воздушного потока, обтекающего фонарь кабины F-35 и поступающего в подъемный вентилятор, «Роллс-Ройс», использует трубы большого диаметра из стекловолокна, форма которых была определена с помощью программ вычислительной газодинамики. Контуры этих аэродинамических труб создают такие же перепады давления перед подъемным вентилятором, какие возникают на определенных режимах полета. В настоящее время компания «Роллс-Ройс» располагает тремя подобными устройствами и рассматривает возможность изготовления дополнительных.
Испытания системы смазки также были выполнены задолго до испытаний силовой установки. Стенд для испытаний этой системы позволяет провести испытания натурной системы смазки независимо от других компонентов, но с многодисковой муфтой сцепления и редуктором. Вся система смазки может быть установлена на стенд с изменяемым углом наклона, что позволяет исследователям оценить ее работу во всем диапазоне углов тангажа и крена, определенных для самолета F-35C. До настоящего времени специалисты «Роллс-Ройс» провели два испытания системы смазки Block 1, и данные, полученные в ходе этих испытаний, были использованы при разработке системы для этапа начальных летных испытаний.
Оценка последней состоялась в ноябре 2004 года.
Редуктор, соответствующий стандарту, определенному для этапа начальных летных испытаний, был опробован на стенде в ноябре 2004 года. Два редуктора наработали на этом стенде 80 ч, и одно из испытаний закончилось неудачно. Помимо НИОКР по созданию подъемного вентилятора и связанных с ним узлов, отделение «Роллс-Ройс» в г. Бристоль продолжает разработку сопла и воздухоотводящих каналов с соплами управления по крену, которые будут изготовлены испанской фирмой ITP. На этапе демонстрации концепции корпус для сопла был изготовлен из нескольких деталей. На этапе полномасштабной разработки корпус изготавливается в одной детали, которая затем разрезается на секции для сборки. Поскольку форма сопла изменяется от овальной до круглой, было решено изготовить этот узел методом формования в условиях «горячей ползучести». По этой технологии титановую заготовку нагревают в печи, «раздувают» и дают расшириться до предварительно заданной формы. Затем изделию дают остыть, после чего разрезают на три секции и добавляют фланцы. В результате получают поворотное сопло.
Подшипники, используемые в сопле, изготавливают из нитрида кремния, однако терморегулирование подшипников все еще остается важной и сложной проблемой. Так как внутренние кольца подшипников нагреваются быстрее наружных, отбираемый (от компрессора) воздух направляется от внутреннего кольца к наружному, чтобы способствовать выравниванию температуры. Разработка подшипников для поворотного сопла, а также других компонентов подъемной системы была сложной задачей из-за ограничений по массе применительно к самолету F-35C. По заявлению «Роллс-Ройс», испытания сопла в условиях нагружения, имитирующих полетные, прошли в г. Бристоль в III квартале 2004 года. Испытание сопла на прочность по полной программе запланировано на II квартал 2005 года.
Руководство фирмы «Локхид-Мартин» уточняет планы в отношении выпуска самолетов F-35, в то же время пытаясь решить проблемы с избыточной массой двигателя F135-PW-600. Изготовление первого предсерийного самолета намечено на 2005 год. Ставится задача начать поставки самолета F-35 через год с момента получения заказа (для сравнения: для истребителя F-16 был определен срок 36 месяцев с момента получения заказа до поставки).
В соответствии с планами компания «Локхид-Мартин» до начала крупносерийного производства изготовит 22 самолета на этапе полномасштабной разработки, 14 из которых будут задействованы в летных испытаниях.
Зарубежное военное обозрение 2004 №12 с.39-42
Смотрите также
|
