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垂直动力:揭密F-135发动机测试全过程

 

C12发动机测试架像一个巨大的金属昆虫一样高高地耸立在平坦的佛罗里达地面上。五根直经达8英里的钢管连接在一个中央手臂上,该手臂支撑着发动F-358闪电II的垂直升降系统。该建筑物高高地立在西棕榈滩的佛罗里达的普拉特-惠特尼(Pratt & Whitney)冷却池上面。

  C12发动机测试架像一个巨大的金属昆虫一样高高地耸立在平坦的佛罗里达地面上。五根直经达8英里的钢管连接在一个中央手臂上,该手臂支撑着发动F-358闪电II的垂直升降系统。该建筑物高高地立在西棕榈滩的佛罗里达的普拉特-惠特尼(Pratt & Whitney)冷却池上面。

 加力燃烧器在全功率运行下,F-135 - PW - 100发出蓝色的火焰,并产生高达四万磅的推力。排气管发送出白帽浪,在附近的冷却池上飘动,它可摇动着100多英里外的松树。

  加力燃烧器在全功率运行下,F-135 - PW - 100发出蓝色的火焰,并产生高达四万磅的推力。排气管发送出白帽浪,在附近的冷却池上飘动,它可摇动着100多英里外的松树。

测试吊调

测试吊调

  “我们在C12架上放了大约三百万磅的混凝土和钢筋加固物,这使得测试架重达约五百万磅以提高推力测量的准确率。”Gordon Boggie 解释道,他负责佛罗里达州的试验场的普拉特&惠特尼(Pratt & Whitney)系统工程和验证工作。“我们不得不在建筑物上添加四条腿以便在发动机运行时提高测试架自然频率。”

  Boggie继续说道,“如果不加固的话,测试架会略有振荡并会影响我们的测量”据Boggie说,40000磅推力级的发动机的0.5 %的精确度等于200磅。

  测试安装完全在误差区之内。当测试一个典型的商业或军用飞机的发动机时,这样的精度并不总是同样的重要。这些动力装置,加上或减去200磅是微不足道的。此外,这些引擎在飞行控制系统中发挥的作用相对较小。然而,在快速起飞/垂直降落(STOVL)F-35B垂直飞行模式中,推力成为控制飞行的主要来源,在错误的方向再增加200磅意味着稳定与不稳定之间的差异。

  “我们不只是在测试发动机,我们也在开发一个STOVL推进系统, ” Boggie解释道。C12发动机测试架以及它旁边的C14发动机测试架可准确地测量六个轴上的力量:高度、滚动、偏航、垂直、横向、轴向。从这些系统测试中得到的数据是用来完善F-35的STOVL版本的飞行控制软件的。

  F - 35b垂直升降机系统的解释

  F-35B 上的STOVL 推进系统包括座舱后的一部升降机风机,机翼下侧的滚动柱和发动机上的三轴承旋转排气喷管。

  升降机风机为一个纯粹的悬停模式提供了几乎一半的向下推力。风机的两套反旋转叶片是由一个连接到主发动机风机表面的驱动轴驱动的。在驱动轴前部的末尾处的离合器使升降机风机连接起来。升降机风机由一后部铰链门覆盖,作为飞机悬停模式的转换而打开。推力由升降机风机的速度和由一个风机下边被称为可变区叶片盒喷管控制,升降机风机是安装在旋转叶片上的一套可变入口指南叶片。叶片盒喷管装有六套叶片或百叶窗,它们指挥和控制着升降机风机所产生的向下推力的量。

  两根滚动柱一起增加了约10 %的向下推力。更重要的是它们被用来控制飞机的滚动轴的姿态。这些柱子安装在主发动机风机处管道的出口末尾。柱子的推力来自于通常绕过发动机的涡轮处的清凉空气。两根滚动柱的排气区可以独自变化。因此,滚动柱通过排出飞机左舷和右舷之间不同的推力来控制滚动。余下的垂直推力是由主发动机上的三轴承排汽喷管提供的。喷管可从水平面向下旋转95度进行升降和横向控制。喷管可为偏航控制向左或向右快速地移动大约12度。

  发动机测试综述

  普惠公司正计划在电流系统开发和F - 35计划示范阶段结束时测试一共七个STOVL升降系统和至少5个常规发动机,这预定在2012年年底完成。大部分的美国佛罗里达州STOVL 发动机测试将于2009年年底完成。

  测试分为三大类:开发,耐力与高度。开发阶段的测试验证硬件的设计。拉力,压力,温度被证实与设计意图相违背。

  耐久测试表明硬件的耐用性和预期寿命。其中在佛罗里达州的STOVL发动机目前正在以六个月左右的时间经历七年以上的操作使用。在这些测试中,发动机通过在典型的飞行试验任务中经历的职责周期来进行检验。

  高度测试包括以一个范围广泛的压力和温度来操作发动机,使海平面达到很高的高度条件。而大部分的高度测试已在美国田纳西州的阿诺德工程发展中心进行,普惠公司正把高度测试加入其在佛罗里达州的设施中。

  详细的发展测试

  “我们大部分在佛罗里达州的开发测试与低速和低高度,以及飞行外层的左下角有关,”马克特雷西强调道。他是佛罗里达州试验场的普惠公司的测试操作经理。“我们正在为F - 35b的动力升降飞行试验计划减轻风险。我们在这里的工作验证推进系统将为F - 35b以及以后真正操作时成功的飞行试验计划所需的向下推力量。”

  最近佛罗里达州的开发阶段测试重点是为升降机风机重新设计进口形状,以便升得更高和达到更好的性能,并减少升降机风机表面流动失真。“进口与气流形成90度,所以它提出了一个独特的情况"汤姆西尔维斯特解释道,他是洛克希德马丁公司的高级工程师,这是他为这些特殊的测试而提出的。“我们初步的设计使用的是传统方法,但升降机风机的进气口效果不好,因为进气口唇面与风机表面的距离太短。不像较为传统的进气口,气流在它到达风机表面之前没有设定出来。

  原进气口(称为开发阶段进气口)和重新设计的进气口(称作飞行进气口)之间的不同对一个未受过训练的眼睛来说是察觉不到的。新进气口的唇面只是略有不同,两边宽出一、两英寸,并且稍高一点,”西尔维斯特解释道,“风机本身并没有改变,但进气口的门重新设计了轮廓以便与新造型安全密切吻合。”

  Northrop Grumman 公司制作了新进气口的形状的金属/复合模型。该模型包括一个气动整流罩,它用来复制影响气流进入的进气口周围地区的机身,为这个模型对C14试验架结构进行了修改,这个模型在2007年3月与其余的垂直升降系统一起被安装在了这个实验架上。

  垂直升降系统与新进气口和大门组合通过了一百一十六小时的测试。在这些测试之中,有一个被用来测试商业喷气发动机上侧风效果的侧风发电机就安装在试验架旁。新设计的进气口的表现以侧风90度的角度及高达35海里的风速进行评估。

  测试减少了很多不确定性。“升降机风机表现得比我们预测的要好,”西尔维斯特解释道。“那里有悬停所需的推力数” 。最大的成功是从到达开发进气口到飞行进气口所取得的额外推力。“我们增加了升降机风机的推力,并减少了失真,这将提高系统的耐久性和寿命” 。

  “结果非常好,” Fran Ketter说:,他是洛克希德马丁公司和F - 35推进一体化项目管理连结装置的研究工程总监。“进气口的重新设计导致了显著的改善” 。

  此设计取得的成绩符合要求,在某些领域超过了它。同样重要的是,从已被安装好了的垂直升降系统中所产生的推力量现在是个已知的数量。“这个数目是飞机首次在加利福尼亚的悬停控制台奋力前行时才得到的X- 35 B的数字。” Ketter继续说道。“我们知道,升降系统将会产生足够的推力额度,我们将能够为即将到来的X- 35 B飞行试验计划做一切” 。



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[ 发表评论   发布于:2008-6-4 已被阅读:   

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